क्रोमैटिन रीमॉडलिंग और हिस्टोन संशोधन

यूकैरियोटिक डीएनए हिस्टोन प्रोटीन के चारों ओर न्यूक्लियोसोम में लिपटा होता है और क्रोमैटिन के रूप में पैक किया जाता है, इसलिए जीनों तक पहुंच स्वयं एक विनियमित प्रक्रिया है। क्रोमैटिन-रीमॉडलिंग कॉम्प्लेक्स न्यूक्लियोसोम को पुनः स्थापित या हटाते हैं, जबकि हिस्टोन पूंछों के रासायनिक संशोधन सक्रियण या दमन के लिए क्षेत्रों को चिह्नित करते हैं, जो मिलकर नियंत्रित करते हैं कि प्रतिलेखन मशीनरी किन जीनों को पढ़ सकती है।

Definition

क्रोमैटिन रीमॉडलिंग और हिस्टोन संशोधन वे प्रक्रियाएं हैं जो न्यूक्लियोसोमल डीएनए की संरचना और पहुंच को बदलती हैं - न्यूक्लियोसोम को स्थानांतरित करके या हिस्टोन पूंछों को रासायनिक रूप से संशोधित करके - प्रतिलेखन और अन्य डीएनए-टेम्पलेटेड गतिविधियों को विनियमित करने के लिए।

Scope

यह विषय क्रोमैटिन की दोहराई जाने वाली इकाई के रूप में न्यूक्लियोसोम, एटीपी-निर्भर क्रोमैटिन रीमॉडलिंग, प्रमुख सहसंयोजक हिस्टोन संशोधन (एसिटिलीकरण, मेथिलिकरण, फॉस्फोरिलीकरण, यूबिक्विटिनेशन) और उन्हें लिखने, पढ़ने और मिटाने वाले एंजाइमों को शामिल करता है, और यह प्रस्ताव कि चिह्नों के संयोजन एक नियामक कोड बनाते हैं। यह एक यांत्रिक आणविक विषय है, न कि नैदानिक ​​मार्गदर्शन।

Core questions

• डीएनए का न्यूक्लियोसोम में पैकेजिंग प्रतिलेखन को कैसे प्रतिबंधित या अनुमत करता है?
• कोशिकाएं डीएनए अनुक्रम को बदले बिना विशिष्ट जीनों को कैसे सुलभ बनाती हैं?
• व्यक्तिगत हिस्टोन संशोधन क्या संकेत देते हैं, और उनकी व्याख्या कैसे की जाती है?
• क्रोमैटिन अवस्थाएं कैसे स्थापित, पढ़ी और प्रसारित होती हैं?

Key concepts

• न्यूक्लियोसोम और हिस्टोन ऑक्टामर
• यूक्रोमैटिन और हेटेरोक्रोमैटिन
• एटीपी-निर्भर क्रोमैटिन रीमॉडलिंग कॉम्प्लेक्स
• हिस्टोन एसिटिलीकरण, मेथिलिकरण, फॉस्फोरिलीकरण, यूबिक्विटिनेशन
• हिस्टोन चिह्नों के राइटर, रीडर और इरेज़र
• हिस्टोन वेरिएंट
• क्रोमैटिन अवस्थाओं की एपिजेनेटिक विरासत

Key theories

हिस्टोन कोड परिकल्पना

जेनुविन और एलिस ने प्रस्तावित किया कि हिस्टोन संशोधनों के विशिष्ट संयोजन एक कोड का गठन करते हैं, जिसे प्रभावकारी प्रोटीन द्वारा पढ़ा जाता है, जो अंतर्निहित डीएनए अनुक्रम से परे डाउनस्ट्रीम क्रोमैटिन अवस्थाओं और प्रतिलेखन परिणामों को निर्दिष्ट करता है।

Mechanisms

डीएनए कोर हिस्टोन के एक ऑक्टामर के चारों ओर लिपटा होता है जिससे न्यूक्लियोसोम बनता है, जिसकी उच्च-रिज़ॉल्यूशन संरचना दर्शाती है कि हिस्टोन पूंछ संशोधन के लिए कैसे बाहर निकलती हैं। दो व्यापक तंत्र पहुंच को विनियमित करते हैं। एटीपी-निर्भर रीमॉडलिंग कॉम्प्लेक्स एटीपी हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा का उपयोग न्यूक्लियोसोम को स्लाइड करने, बाहर निकालने या पुनर्गठित करने के लिए करते हैं, जिससे नियामक डीएनए उजागर या अवरुद्ध होता है। समानांतर में, एंजाइम हिस्टोन पूंछों पर सहसंयोजक चिह्न जोड़ते या हटाते हैं: हिस्टोन एसिटाइलट्रांसफरेज़ द्वारा लाइसिन का एसिटिलीकरण सामान्यतः क्रोमैटिन को ढीला करता है और सक्रिय प्रतिलेखन से जुड़ा होता है, जबकि मेथिलिकरण अवशेष और संदर्भ के आधार पर सक्रियण या दमन दोनों का संकेत दे सकता है। ये चिह्न राइटर एंजाइमों द्वारा लगाए जाते हैं, प्रभावकारी प्रोटीन पर रीडर मॉड्यूल द्वारा पहचाने जाते हैं, और इरेज़र एंजाइमों द्वारा हटा दिए जाते हैं, और उनके संयोजनों की व्याख्या प्रतिलेखन अवस्थाओं को निर्धारित करने के लिए की जाती है। क्योंकि कुछ चिह्नों को प्रतिकृति के बाद फिर से स्थापित किया जा सकता है, क्रोमैटिन अवस्थाओं को कोशिका विभाजन के माध्यम से प्रसारित किया जा सकता है।

Clinical relevance

क्रोमैटिन-संशोधित एंजाइम अक्सर कैंसर और विकासात्मक विकारों में परिवर्तित होते हैं, और क्रोमैटिन जीव विज्ञान स्वास्थ्य विज्ञान में एपिजेनेटिक विनियमन को समझने के लिए एक ढांचा प्रदान करता है। यह प्रविष्टि शैक्षिक उद्देश्यों के लिए तंत्रों का वर्णन करती है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

History

क्रोमैटिन का न्यूक्लियोसोम मॉडल 1970 के दशक में स्थापित किया गया था, और इसकी परमाणु संरचना को लुगर और सहयोगियों द्वारा 1997 में हल किया गया था। यह पहचान कि हिस्टोन पूंछ संशोधन नियामक जानकारी ले जाते हैं, ने जेनुविन और एलिस को 2001 में हिस्टोन कोड परिकल्पना को स्पष्ट करने के लिए प्रेरित किया, और कौज़ाराइड्स और बैनिस्टर और कौज़ाराइड्स द्वारा बाद की समीक्षाओं ने संशोधनों और उन पर कार्य करने वाले राइटर, रीडर और इरेज़र एंजाइमों को सूचीबद्ध किया।

Debates

क्या 'हिस्टोन कोड' एक सच्चा कोड है या एक लचीली सिग्नलिंग भाषा?

क्या हिस्टोन संशोधन निश्चित अर्थों के साथ एक सख्त संयोजी कोड का गठन करते हैं, या एक अधिक संदर्भ-निर्भर और संभाव्य सिग्नलिंग प्रणाली का, यह बहस का विषय बना हुआ है; समीक्षाएं इस बात पर जोर देती हैं कि एक ही चिह्न के विभिन्न सेटिंग्स में अलग-अलग परिणाम हो सकते हैं।

Key figures

• C. David Allis
• Thomas Jenuwein
• Tony Kouzarides
• Karolin Luger

Seminal works

• luger-1997
• jenuwein-allis-2001
• kouzarides-2007

Frequently asked questions

क्रोमैटिन रीमॉडलिंग और हिस्टोन संशोधन के बीच क्या अंतर है?

क्रोमैटिन रीमॉडलिंग एटीपी-निर्भर कॉम्प्लेक्स का उपयोग करके न्यूक्लियोसोम को शारीरिक रूप से पुनः स्थापित या पुनर्गठित करता है, जबकि हिस्टोन संशोधन हिस्टोन पूंछों पर रासायनिक चिह्न जोड़ता या हटाता है; दोनों डीएनए की प्रतिलेखन तक पहुंच को बदलते हैं।

क्या हिस्टोन एसिटिलीकरण हमेशा जीनों को सक्रिय करता है?

एसिटिलीकरण व्यापक रूप से खुले, प्रतिलेखनात्मक रूप से सक्रिय क्रोमैटिन से जुड़ा है, लेकिन किसी भी संशोधन का सटीक प्रभाव प्रभावित अवशेष और चिह्नों के आसपास के संयोजन पर निर्भर करता है।