डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन

डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन सहसंयोजक एपिजेनेटिक चिह्नांकन की दो सबसे अच्छी तरह से पहचानी गई प्रणालियाँ हैं। डीएनए पर और हिस्टोन प्रोटीन पर कार्य करते हुए, जिनके चारों ओर डीएनए लिपटा होता है, वे जीन अभिव्यक्ति के पैटर्न को स्थापित करने में मदद करते हैं जो अंतर्निहित डीएनए अनुक्रम को बदले बिना कोशिका विभाजन के माध्यम से वंशानुगत होते हैं। यह क्षेत्र रासायनिक चिह्नों, उन्हें लगाने और हटाने वाले एंजाइमों और उनकी व्याख्या करने वाले प्रोटीनों को समूहित करता है।

Definition

डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन डीएनए बेस और हिस्टोन प्रोटीन में सहसंयोजक, एंजाइमी रूप से प्रतिवर्ती रासायनिक परिवर्तन हैं जो डीएनए अनुक्रम को अपरिवर्तित रखते हुए क्रोमेटिन संरचना और जीन प्रतिलेखन को नियंत्रित करते हैं, और जो एक साथ एपिजेनेटिक विनियमन की एक मुख्य परत का गठन करते हैं।

Scope

यह क्षेत्र पाठक को क्रोमेटिन पर सहसंयोजक चिह्नों से परिचित कराता है: डीएनए में साइटोसिन का मेथिलिकरण, और हिस्टोन पूंछों का एसिटिलीकरण, मेथिलिकरण और संबंधित संशोधन। यह उन एंजाइम परिवारों का परिचय देता है जो इन चिह्नों को स्थापित करते हैं, उनकी व्याख्या करते हैं और उन्हें उलटते हैं, और जिस तरह से दोनों प्रणालियाँ यंत्रवत् रूप से जुड़ी हुई हैं। प्रत्येक चिह्न और एंजाइम वर्ग का विस्तृत उपचार विषय प्रविष्टियों को सौंपा गया है; यह क्षेत्र स्वयं एक उन्मुखीकरण अवलोकन है और नैदानिक मार्गदर्शन नहीं है।

Sub-topics

• डीएनए मेथिलिकरण
• डीएनए मेथिलट्रांसफरेज़ और टीईटी एंजाइम
• हिस्टोन एसिटिलीकरण
• हिस्टोन मेथिलिकरण
• एपिजेनेटिक चिह्नों के लेखक, पाठक और मिटाने वाले

Core questions

• डीएनए और हिस्टोन पर सहसंयोजक चिह्न जीन के प्रतिलेखन को कैसे प्रभावित करते हैं?
• कौन से एंजाइम परिवार इन चिह्नों को लगाते, पढ़ते और हटाते हैं, और उनकी गतिविधि को कैसे लक्षित किया जाता है?
• डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन प्रणालियाँ यंत्रवत् रूप से कैसे युग्मित हैं?
• एपिजेनेटिक स्मृति देने के लिए डीएनए प्रतिकृति के माध्यम से ये चिह्न कैसे प्रसारित होते हैं?

Key concepts

• सहसंयोजक क्रोमेटिन चिह्न
• 5-मेथिलसाइटोसिन
• हिस्टोन पूंछ संशोधन
• लेखक, पाठक और इरेज़र
• डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन चिह्नों के बीच क्रॉस-टॉक
• वंशानुगत जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाएँ
• हेटेरोक्रोमेटिन और यूक्रोमेटिन

Key theories

हिस्टोन कोड परिकल्पना

हिस्टोन संशोधनों के विशिष्ट संयोजनों को एक 'कोड' बनाने का प्रस्ताव है जिसे प्रभावकारी प्रोटीन द्वारा क्रोमेटिन अवस्थाओं और प्रतिलेखन परिणामों को निर्दिष्ट करने के लिए पढ़ा जाता है, जिससे डीएनए अनुक्रम से परे जीनोम की सूचना क्षमता का विस्तार होता है।

सहसंयोजक चिह्नों के माध्यम से एपिजेनेटिक स्मृति

डीएनए मेथिलिकरण पैटर्न, प्रतिकृति के बाद रखरखाव मेथिलट्रांसफरेज़ द्वारा प्रसारित, एक तंत्र प्रदान करते हैं जिसके द्वारा जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं को कोशिका पीढ़ियों में याद रखा जाता है।

Mechanisms

क्रोमेटिन पर दो परस्पर क्रियाशील परतें काम करती हैं। पहली में, डीएनए में साइटोसिन बेस में मिथाइल समूह जोड़े जाते हैं, मुख्य रूप से CpG डाइन्यूक्लियोटाइड पर, जो दमनकारी परिसरों को भर्ती कर सकते हैं और प्रतिलेखन संबंधी चुप्पी को स्थिर कर सकते हैं। दूसरी में, हिस्टोन के N-टर्मिनल पूंछों को एसिटाइल, मिथाइल और अन्य समूहों से सजाया जाता है जो क्रोमेटिन संघनन को बदलते हैं और प्रभावकारी प्रोटीन के लिए डॉकिंग साइट बनाते हैं। दोनों परतें युग्मित हैं: मेथिलिकृत डीएनए और विशिष्ट हिस्टोन चिह्न एक-दूसरे की मशीनरी को भर्ती करते हैं, दमनकारी या अनुमेय अवस्थाओं को सुदृढ़ करते हैं। चिह्नों को 'राइटर' एंजाइमों द्वारा रखा जाता है, 'रीडर' मॉड्यूल द्वारा पहचाना जाता है, और 'इरेज़र' एंजाइमों द्वारा हटाया जाता है, जिससे प्रणाली गतिशील और प्रतिवर्ती हो जाती है।

Clinical relevance

सहसंयोजक एपिजेनेटिक चिह्न कई रोग अवस्थाओं में परिवर्तित होते हैं, और उन्हें समझना स्वास्थ्य विज्ञान में एपिजेनेटिक और एपिजेनोमिक अध्ययनों की व्याख्या का आधार है। यह क्षेत्र बताता है कि आगे के अध्ययन के लिए चिह्न और उनके एंजाइम कैसे व्यवस्थित होते हैं; यह वर्णनात्मक है और व्यक्तिगत निदान या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

यह क्षेत्र क्रोमेटिन जीव विज्ञान पर मूलभूत और समीक्षा-स्तर के साहित्य का संश्लेषण करता है। डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन प्रणालियों का युग्मन और वंशानुगत जीन विनियमन में उनकी भूमिका आणविक जीव विज्ञान में अच्छी तरह से स्थापित है, हालांकि विशिष्ट चिह्न-से-कार्य असाइनमेंट को परिष्कृत किया जाना जारी है क्योंकि जीनोम-व्यापी मानचित्रण विधियां परिपक्व होती हैं।

History

यह पहचान कि डीएनए मेथिलिकरण वंशानुगत नियामक जानकारी ले जा सकता है, 1970 और 1980 के दशक में उभरी, और बर्ड के संश्लेषण ने इसे एपिजेनेटिक स्मृति के आधार के रूप में प्रस्तुत किया। समानांतर में, यह खोज कि हिस्टोन पूंछें व्यापक रूप से और प्रतिवर्ती रूप से संशोधित होती हैं, जिसे स्ट्राहल और एलिस की 'सहसंयोजक हिस्टोन संशोधनों की भाषा' द्वारा क्रिस्टलीकृत किया गया था, ने दूसरी प्रमुख चिह्न प्रणाली स्थापित की। अगले दो दशकों में दोनों धाराएं सहसंयोजक क्रोमेटिन चिह्नांकन के एक एकीकृत दृष्टिकोण में परिवर्तित हो गईं।

Key figures

• C. David Allis
• Thomas Jenuwein
• Adrian Bird
• Tony Kouzarides
• Howard Cedar

Seminal works

• bird-2002
• strahl-allis-2000
• kouzarides-2007
• cedar-bergman-2009

Frequently asked questions

क्या डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन डीएनए अनुक्रम को बदलते हैं?

नहीं। दोनों डीएनए बेस या हिस्टोन प्रोटीन पर सहसंयोजक रासायनिक चिह्न हैं जो अंतर्निहित न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को बदले बिना जीन अभिव्यक्ति और क्रोमेटिन संरचना को प्रभावित करते हैं, यही उन्हें एपिजेनेटिक बनाता है।

दोनों चिह्न प्रणालियाँ कैसे संबंधित हैं?

वे यंत्रवत् रूप से युग्मित हैं: मेथिलिकृत डीएनए और विशेष हिस्टोन संशोधन एक-दूसरे के एंजाइमों और रीडर प्रोटीन को भर्ती कर सकते हैं, ताकि दोनों प्रणालियाँ साझा दमनकारी या अनुमेय क्रोमेटिन अवस्थाओं को सुदृढ़ करें।