डीएनए मेथिलिकरण

डीएनए मेथिलिकरण एक डीएनए बेस में एक मेथिल समूह का सहसंयोजक जोड़ है, जो सबसे आम तौर पर साइटोसिन के कार्बन-5 स्थिति में 5-मेथिलसाइटोसिन बनाने के लिए होता है। स्तनधारियों में यह मुख्य रूप से CpG डाइन्यूक्लियोटाइड्स पर होता है और जीन अभिव्यक्ति को विनियमित करने, ट्रांसपोज़ेबल तत्वों को चिह्नित करने और स्थिर कोशिका-प्रकार की पहचान बनाए रखने के लिए एक केंद्रीय, वंशानुगत तंत्र है।

Definition

डीएनए मेथिलिकरण एक मेथिल समूह का साइटोसिन में एंजाइमी स्थानांतरण है (जो 5-मेथिलसाइटोसिन बनाता है), मुख्य रूप से स्तनधारियों में CpG डाइन्यूक्लियोटाइड्स के भीतर, एक वंशानुगत चिह्न उत्पन्न करता है जो डीएनए अनुक्रम को बदले बिना प्रतिलेखन और क्रोमेटिन स्थिति को संशोधित करता है।

Scope

यह प्रविष्टि बताती है कि मेथिलिकरण जीनोम में कहाँ होता है (CpG साइट्स और CpG आइलैंड्स), यह प्रतिलेखन को कैसे प्रभावित करता है, कोशिका विभाजन के माध्यम से पैटर्न कैसे बनाए रखा जाता है, और जीनोम-व्यापी मेथिलिकरण को कैसे मापा जाता है। यह डीएनए मेथिलिकरण को एक आणविक एपिजेनेटिक्स विषय के रूप में मानता है और संदर्भ-शैक्षणिक है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन।

Core questions

• जीनोम में साइटोसिन मेथिलिकरण कहाँ होता है और CpG आइलैंड्स को क्या अलग करता है?
• एक प्रमोटर पर मेथिलिकरण का प्रतिलेखनात्मक साइलेंसिंग से क्या संबंध है?
• डीएनए प्रतिकृति के बाद मेथिलिकरण पैटर्न को बेटी कोशिकाओं में कैसे कॉपी किया जाता है?
• एकल-बेस रिज़ॉल्यूशन पर जीनोम-व्यापी मेथिलिकरण को कैसे मापा जाता है?

Key concepts

• 5-मेथिलसाइटोसिन
• CpG डाइन्यूक्लियोटाइड
• CpG आइलैंड
• प्रमोटर हाइपरमेथिलिकरण और साइलेंसिंग
• हेमिमेथिलेटेड डीएनए और रखरखाव
• मेथिलोम
• पूरे-जीनोम बिसल्फाइट अनुक्रमण

Key theories

रखरखाव मेथिलिकरण के माध्यम से एपिजेनेटिक स्मृति

सममित CpG मेथिलिकरण को प्रतिकृति के बाद एक रखरखाव मेथिलट्रांसफरेज द्वारा हेमिमेथिलेटेड डीएनए पर कार्य करके कॉपी किया जाता है, जो कोशिका पीढ़ियों में जीन-अभिव्यक्ति स्थितियों के वंशानुगत संचरण के लिए एक आणविक आधार प्रदान करता है।

Mechanisms

CpG डाइन्यूक्लियोटाइड्स के भीतर साइटोसिन में एक मेथिल समूह जोड़ा जाता है, जिससे 5-मेथिलसाइटोसिन उत्पन्न होता है। CpG आइलैंड्स, जो कई प्रमोटरों को ओवरलैप करने वाले CpG-घने क्षेत्र हैं, सक्रिय जीनों में आमतौर पर अनमेथिलेटेड होते हैं; एक प्रमोटर-जुड़े आइलैंड का मेथिलिकरण स्थिर प्रतिलेखनात्मक साइलेंसिंग से जुड़ा है, आंशिक रूप से प्रतिलेखन-कारक बंधन को बाधित करके और मेथिल-CpG-बाध्यकारी प्रोटीन और दमनकारी क्रोमेटिन कॉम्प्लेक्स को भर्ती करके। क्योंकि CpG एक पैलिंड्रोम है, मेथिलिकरण दोनों स्ट्रैंड्स पर सममित होता है; प्रतिकृति के बाद बेटी डुप्लेक्स हेमिमेथिलेटेड होता है, और एक रखरखाव मेथिलट्रांसफरेज पूर्ण मेथिलिकरण को बहाल करता है, पैटर्न को दोनों बेटी कोशिकाओं में कॉपी करता है। जीनोम-व्यापी, मेथिलिकरण ट्रांसपोज़ेबल तत्वों को भी शांत करता है और जीनोमिक इम्प्रिंटिंग और X-क्रोमोसोम निष्क्रियता में योगदान देता है।

Clinical relevance

बदले हुए डीएनए मेथिलिकरण पैटर्न कैंसर और अन्य स्थितियों में वर्णित हैं, और मेथिलिकरण प्रोफाइलिंग का व्यापक रूप से एपिजेनोमिक अनुसंधान और बायोमार्कर अध्ययनों में उपयोग किया जाता है। यह प्रविष्टि ऐसे अध्ययनों की व्याख्या के लिए पृष्ठभूमि के रूप में तंत्र की व्याख्या करती है; यह वर्णनात्मक है और व्यक्तिगत निदान या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

बेस-रिज़ॉल्यूशन मेथिलोम मैप्स जैसे लिस्टर और सहयोगियों के मानव मेथिलोम ने स्थापित किया कि मेथिलिकरण गतिशील और ऊतक-विशिष्ट है, जबकि बर्ड और स्मिथ और मेइस्नर द्वारा समीक्षाओं ने इसकी विकासात्मक और नियामक भूमिकाओं को समेकित किया। प्रमोटर-आइलैंड मेथिलिकरण और साइलेंसिंग के बीच संबंध अच्छी तरह से समर्थित है, हालांकि जीन निकायों में और अन्य साइटों पर मेथिलिकरण की दिशा और कार्य सक्रिय शोध के क्षेत्र बने हुए हैं।

History

साइटोसिन के मेथिलिकरण को 1970 के दशक के अंत और 1980 के दशक में वंशानुगत नियामक जानकारी के एक संभावित वाहक के रूप में मान्यता दी गई थी, जिसमें मॉडल प्रस्तावित करते थे कि सममित CpG मेथिलिकरण को प्रतिकृति के माध्यम से बनाए रखा जा सकता है। बर्ड के काम ने मेथिलिकरण, CpG आइलैंड्स और स्थिर जीन नियंत्रण के बीच संबंध को स्पष्ट किया, और बिसल्फाइट अनुक्रमण और फिर पूरे-जीनोम एकल-बेस मैपिंग के आगमन ने मेथिलिकरण को एपिजेनेटिक जानकारी की एक जीनोम-व्यापी पठनीय परत में बदल दिया।

Debates

क्या प्रमोटर मेथिलिकरण साइलेंसिंग का कारण है या परिणाम?

प्रमोटर-आइलैंड मेथिलिकरण प्रतिलेखनात्मक साइलेंसिंग से कसकर जुड़ा हुआ है, लेकिन क्या यह साइलेंसिंग शुरू करता है या अन्य दमनकारी घटनाओं द्वारा स्थापित स्थिति में बंद हो जाता है, यह संदर्भ-निर्भर और बहस का विषय है।

Key figures

• Adrian Bird
• Aimee Deaton
• Alexander Meissner
• Ryan Lister
• Joseph Ecker

Seminal works

• bird-2002
• deaton-bird-2011
• lister-2009

Frequently asked questions

CpG आइलैंड क्या है?

एक CpG आइलैंड डीएनए का एक क्षेत्र है जिसमें CpG डाइन्यूक्लियोटाइड्स का असामान्य रूप से उच्च घनत्व होता है, जो अक्सर जीन प्रमोटरों को ओवरलैप करता है। जब उनका संबद्ध जीन सक्रिय होता है तो ये आइलैंड आमतौर पर अनमेथिलेटेड होते हैं।

एक मेथिलिकरण पैटर्न बेटी कोशिकाओं द्वारा कैसे विरासत में मिलता है?

क्योंकि CpG मेथिलिकरण दोनों स्ट्रैंड्स पर सममित होता है, प्रतिकृति हेमिमेथिलेटेड डीएनए उत्पन्न करती है; एक रखरखाव मेथिलट्रांसफरेज तब नए स्ट्रैंड को मेथिलिकृत करता है, पैटर्न को प्रत्येक बेटी कोशिका में ईमानदारी से कॉपी करता है।