कोशिका-वंश निर्धारण

कोशिका-वंश निर्धारण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक पूर्वज कोशिका कई उपलब्ध विकल्पों में से एक विकासात्मक मार्ग के लिए प्रतिबद्ध होती है और धीरे-धीरे अपनी क्षमता को सीमित करती है। एपिजेनेटिक तंत्र इन प्रतिबद्धताओं को स्थायी बनाते हैं: जैसे ही एक वंश का चयन किया जाता है, उसके जीन सक्रिय और स्थिर हो जाते हैं जबकि वैकल्पिक भाग्य के जीन स्थायी दमन के अधीन हो जाते हैं, ताकि यह निर्णय बाद के कोशिका विभाजनों के माध्यम से याद रखा जा सके।

Definition

कोशिका-वंश निर्धारण एक पूर्वज की एक विशेष विभेदन मार्ग के प्रति एपिजेनेटिक रूप से स्थिर प्रतिबद्धता है, जो वंश-उपयुक्त जीनों को सक्रिय करके और वैकल्पिक-भाग्य जीनों को वंशानुगत दमन के अधीन करके प्राप्त की जाती है, जिससे कोशिका की विकासात्मक क्षमता प्रतिबंधित हो जाती है।

Scope

यह विषय बताता है कि वंश के चुनाव कैसे किए जाते हैं और एपिजेनेटिक रूप से कैसे स्थिर होते हैं: सक्रियण या दमन की ओर प्रवृत्त विकासात्मक जीनों का समाधान, डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन चिह्नों के बीच सुदृढ़ संबंध, भाग्य को निर्देशित करने में प्रतिलेखन-कारक नेटवर्क की भूमिका, और यह प्रदर्शन कि वंश की अवस्थाओं को बदलने के लिए मजबूर किया जा सकता है। यह वंश प्रतिबद्धता को विभेदन के एपिजेनेटिक्स में एक विषय के रूप में मानता है, संदर्भ सामग्री के रूप में न कि नैदानिक मार्गदर्शन के रूप में।

Core questions

• एक पूर्वज कई विकल्पों में से एक वंश के लिए कैसे प्रतिबद्ध होता है?
• कोशिका विभाजन के माध्यम से वंश का चुनाव वंशानुगत कैसे होता है?
• वैकल्पिक-भाग्य जीन स्थायी रूप से कैसे दमित होते हैं?
• क्या एक प्रतिबद्ध वंश अवस्था को उलटा या पुनर्निर्देशित किया जा सकता है?

Key concepts

• वंश प्रतिबद्धता और क्षमता का प्रतिबंध
• द्विसंयोजक डोमेन का समाधान
• वैकल्पिक-भाग्य जीनों का स्थायी दमन
• प्रतिबद्धता को सुदृढ़ करने वाला डीएनए मेथिलिकरण
• प्रतिलेखन-कारक वंश नेटवर्क
• ट्रांसडिफरेंशिएशन और मजबूर भाग्य परिवर्तन
• कोशिका पहचान की एपिजेनेटिक स्मृति

Key theories

प्रतिलेखन-कारक-संचालित वंश निर्देश

वंश की पहचान प्रतिलेखन कारकों के नेटवर्क द्वारा निर्देशित होती है जिनकी मजबूर अभिव्यक्ति कोशिकाओं को एक वंश से दूसरे में पुनर्निर्देशित कर सकती है; यह दर्शाता है कि भाग्य सक्रिय रूप से निर्दिष्ट होता है और प्रतिबद्ध अवस्थाएं, हालांकि स्थिर होती हैं, सही नियामकों द्वारा अधिभावी की जा सकती हैं।

प्रतिबद्धता पर प्रवृत्त क्रोमेटिन का समाधान

द्विसंयोजक विकासात्मक जीन जो पूर्वजों में प्रवृत्त रहते हैं, निर्धारण के दौरान हल हो जाते हैं — वंश जीन सक्रिय होते हैं जबकि वैकल्पिक-भाग्य जीन स्थायी पॉलीकॉम्ब दमन प्राप्त करते हैं — एक प्रतिवर्ती प्रवृत्त अवस्था को एक प्रतिबद्ध, वंशानुगत अवस्था में परिवर्तित करते हैं।

Mechanisms

वंश निर्धारण अनुदेशात्मक प्रतिलेखन-कारक गतिविधि को आत्म-सुदृढ़ क्रोमेटिन परिवर्तन के साथ जोड़ता है। जब एक पूर्वज प्रतिबद्ध होता है, तो वंश-विशिष्ट प्रतिलेखन कारक लक्ष्य जीनों को सक्रिय करते हैं और मशीनरी को भर्ती करते हैं जो सक्रियण की ओर प्रवृत्त, द्विसंयोजक प्रमोटरों को हल करती है, जबकि वैकल्पिक वंशों के नियामक स्थिर पॉलीकॉम्ब-मध्यस्थ H3K27me3 और, अक्सर, डीएनए मेथिलिकरण प्राप्त करते हैं जो उन्हें बंद कर देता है। डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन चिह्नों के बीच पारस्परिक सुदृढीकरण इन अवस्थाओं को विभाजन के माध्यम से वंशानुगत बनाता है, जो पहचान की एपिजेनेटिक स्मृति प्रदान करता है। यह कि परिणामी प्रतिबद्धता स्थिर है लेकिन पूर्ण नहीं है, ट्रांसडिफरेंशिएशन (transdifferentiation) द्वारा दिखाया गया है, जिसमें मजबूर प्रतिलेखन-कारक अभिव्यक्ति एक प्रतिबद्ध वंश को दूसरे में पुनर्निर्देशित करती है, और प्रेरित बहुक्षमता (induced pluripotency) द्वारा, जो प्रतिबद्धता को पूरी तरह से रीसेट करती है।

Clinical relevance

वंश प्रतिबद्धता कैसे स्थापित और स्थिर होती है, इसका ज्ञान स्टेम कोशिकाओं के निर्देशित विभेदन और कोशिका पहचान को कैसे बनाए रखा या खोया जाता है, इसकी व्यापक समझ को रेखांकित करता है। यह विषय एक विकासात्मक तंत्र की व्याख्या करता है; यह जीव विज्ञान का वर्णन करता है और व्यक्तिगत निदान या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

History

यह विचार कि वंश प्रतिबद्धता निर्देशित और एपिजेनेटिक रूप से स्थिर दोनों है, आणविक अध्ययनों के रूप में विकसित हुआ, जिसने प्रतिलेखन-कारक नेटवर्क को वंशानुगत क्रोमेटिन अवस्थाओं से जोड़ा। मजबूर वंश परिवर्तन की समीक्षाओं (ग्राफ और एनवर, 2009) ने स्थापित किया कि प्रतिबद्ध भाग्य को परिभाषित नियामकों द्वारा पुनर्निर्देशित किया जा सकता है, जबकि द्विसंयोजक डोमेन (बर्नस्टीन एट अल।, 2006) की खोज और डीएनए मेथिलिकरण को हिस्टोन चिह्नों से जोड़ने वाले ढांचे (सेडर और बर्गमैन, 2009) ने समझाया कि प्रवृत्त जीन कैसे हल होते हैं और प्रतिबद्धता कैसे स्थिर होती है। ताकाहाशी और यामानाका का 2006 का प्रेरित बहुक्षमता कार्य दर्शाता है कि पूरी तरह से प्रतिबद्ध अवस्थाओं को भी रीसेट किया जा सकता है।

Debates

प्रतिबद्ध वंश अवस्थाएं कितनी प्रतिवर्ती हैं?

मजबूर प्रतिलेखन-कारक अभिव्यक्ति और प्रेरित बहुक्षमता दर्शाती है कि प्रतिबद्ध अवस्थाओं को पुनर्निर्देशित या रीसेट किया जा सकता है, लेकिन यह इन विवो (in vivo) में कितनी आसानी से होता है, और प्राकृतिक प्रतिबद्धता सामान्य रूप से कितनी कठोरता से लागू होती है, इस पर अभी भी बहस जारी है।

Key figures

• Thomas Graf
• Tariq Enver
• Bradley Bernstein
• Howard Cedar
• Shinya Yamanaka

Seminal works

• graf-enver-2009
• bernstein-2006
• takahashi-yamanaka-2006

Frequently asked questions

एक कोशिका के वंश का चुनाव स्थायी क्यों होता है?

एक बार जब एक वंश का चयन किया जाता है, तो वैकल्पिक-भाग्य जीन पॉलीकॉम्ब चिह्नों और डीएनए मेथिलिकरण द्वारा स्थायी, आत्म-सुदृढ़ दमन के अधीन हो जाते हैं, जबकि वंश जीन सक्रिय रहते हैं; ये वंशानुगत क्रोमेटिन अवस्थाएं कोशिका विभाजन के माध्यम से कॉपी की जाती हैं, जिससे कोशिका को उसकी पहचान की एपिजेनेटिक स्मृति मिलती है।

क्या एक प्रतिबद्ध कोशिका को दूसरे वंश में बदला जा सकता है?

हाँ, प्रायोगिक परिस्थितियों में; वंश-परिभाषित प्रतिलेखन कारकों की मजबूर अभिव्यक्ति एक प्रतिबद्ध कोशिका प्रकार को दूसरे में पुनर्निर्देशित कर सकती है (ट्रांसडिफरेंशिएशन), और बहुक्षमता के लिए पुन: प्रोग्रामिंग प्रतिबद्धता को पूरी तरह से रीसेट कर सकती है, यह दर्शाता है कि अवस्था स्थिर है लेकिन अपरिवर्तनीय नहीं है।