पर्यावरणीय और अंतरपीढ़ीगत एपिजेनेटिक्स

पर्यावरणीय और अंतरपीढ़ीगत एपिजेनेटिक्स एपिजेनेटिक्स का वह क्षेत्र है जो यह अध्ययन करता है कि बाहरी और आंतरिक पर्यावरणीय संकेत — पोषण, तनाव, विषाक्त पदार्थ और अन्य जोखिम — डीएनए अनुक्रम को बदले बिना जीनोम पर वंशानुगत आणविक निशान कैसे छोड़ते हैं, और क्या और कैसे ऐसे निशान किसी व्यक्ति के जीवनकाल में बने रह सकते हैं या कोशिका विभाजन और पीढ़ियों में प्रसारित हो सकते हैं। यह एपिजेनेटिक्स की शास्त्रीय आणविक मशीनरी (डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन, गैर-कोडिंग आरएनए) को विकास, रोग जोखिम, उम्र बढ़ने और वंशानुक्रम के प्रश्नों से जोड़ता है।

Definition

पर्यावरणीय और अंतरपीढ़ीगत एपिजेनेटिक्स जीन विनियमन में पर्यावरणीय रूप से प्रतिक्रियाशील, माइटोटिक (और कभी-कभी अर्धसूत्रीविभाजन) वंशानुगत परिवर्तनों का अध्ययन है जो अंतर्निहित डीएनए अनुक्रम में परिवर्तन के बिना होते हैं, साथ ही विकास, रोग और उम्र बढ़ने के लिए उनके परिणाम भी।

Scope

यह क्षेत्र पाठक को चार जुड़े हुए विषयों पर केंद्रित करता है: एपिजेनोम पर्यावरण के प्रति लचीले ढंग से कैसे प्रतिक्रिया करता है; क्या पर्यावरणीय रूप से प्रेरित निशान पीढ़ियों में विरासत में मिल सकते हैं; कैसे प्रारंभिक-जीवन और प्रसवपूर्व स्थितियां बाद के स्वास्थ्य को प्रोग्राम करती हैं (विकासात्मक उत्पत्ति ढांचा); और कैसे संचयी एपिजेनेटिक परिवर्तन जैविक उम्र बढ़ने को ट्रैक करता है। यह अवधारणाओं और साक्ष्य का एक संदर्भ अवलोकन है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन, और यह जानबूझकर अच्छी तरह से स्थापित तंत्रों को विवादित दावों से अलग करता है।

Sub-topics

• पर्यावरणीय एपिजेनेटिक प्लास्टिसिटी
• एपिजेनेटिक एजिंग और एजिंग क्लॉक
• भ्रूण प्रोग्रामिंग और DOHaD
• ट्रांसजनरेशनल एपिजेनेटिक इनहेरिटेंस (Transgenerational Epigenetic Inheritance)

Core questions

• पर्यावरणीय जोखिम एपिजेनोम को कैसे बदलते हैं, और वे परिवर्तन कितने स्थिर होते हैं?
• क्या पर्यावरणीय रूप से प्रेरित एपिजेनेटिक निशान संतानों में प्रसारित हो सकते हैं, और किन साक्ष्य मानकों के तहत यह दावा मान्य होता है?
• प्रसवपूर्व और प्रारंभिक-जीवन की स्थितियां वयस्क रोग जोखिम को कैसे प्रोग्राम करती हैं?
• एपिजेनोम उम्र के साथ कैसे बदलता है, और क्या उन परिवर्तनों को मापा जा सकता है?

Key concepts

• एपिजेनेटिक प्लास्टिसिटी
• डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन, और गैर-कोडिंग आरएनए
• विकासात्मक प्रोग्रामिंग
• अंतरपीढ़ीगत बनाम बहुपीढ़ीगत वंशानुक्रम
• एपिजेनेटिक रीप्रोग्रामिंग और जर्मलाइन बाधा
• एपिजेनेटिक आयु और उम्र बढ़ने की घड़ियाँ
• जीन-पर्यावरण अंतःक्रिया

Mechanisms

इस क्षेत्र में साझा आणविक सब्सट्रेट एपिजेनोम है: डीएनए मेथिलिकरण, सहसंयोजक हिस्टोन संशोधन, क्रोमेटिन रीमॉडलिंग, और गैर-कोडिंग आरएनए जो अनुक्रम को बदले बिना जीन अभिव्यक्ति को विनियमित करते हैं (Jaenisch & Bird, 2003)। पर्यावरणीय संकेत इन निशानों पर प्रसारित होते हैं, जिससे प्रतिलेखन में संदर्भ-निर्भर परिवर्तन होते हैं (Feil & Fraga, 2012)। जीनोम-व्यापी एपिजेनेटिक रीप्रोग्रामिंग की दो तरंगें — जर्मलाइन और प्रारंभिक भ्रूण में — सामान्यतः अधिकांश निशानों को मिटा देती हैं, यही कारण है कि पीढ़ियों में पर्यावरणीय रूप से प्रेरित निशान का सच्चा संचरण उस निशान को रीप्रोग्रामिंग से बचने की आवश्यकता है, जो एक कठिन यांत्रिक बाधा है (Cavalli & Heard, 2019)।

Clinical relevance

यह समझना कि पर्यावरण एपिजेनोम को कैसे आकार देता है, रोग जोखिम के जनसंख्या पैटर्न और वयस्क स्वास्थ्य में प्रारंभिक-जीवन की स्थितियों की लंबी पहुंच को समझाने में मदद करता है (Gluckman et al., 2008)। यह क्षेत्र एपिजेनेटिक बायोमार्कर और एक्सपोजर अध्ययनों की व्याख्या के लिए वैचारिक पृष्ठभूमि प्रदान करता है; यह तंत्र और साक्ष्य का वर्णन करता है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Epidemiology

पर्यावरणीय एपिजेनेटिक प्रभावों का अध्ययन पोषण, प्रसवपूर्व अकाल और तनाव, अंतःस्रावी-बाधित रसायन, धूम्रपान और वायु प्रदूषण में किया जाता है, जिसमें मानव साक्ष्य बड़े पैमाने पर अवलोकन और सहकर्मी डिजाइनों से प्राप्त होते हैं और पशु साक्ष्य नियंत्रित एक्सपोजर प्रयोगों से प्राप्त होते हैं (Feil & Fraga, 2012; Cavalli & Heard, 2019)। साक्ष्य की शक्ति विषय के अनुसार तेजी से भिन्न होती है — जीवनकाल के भीतर प्लास्टिसिटी और विकासात्मक प्रोग्रामिंग के लिए सबसे मजबूत, और मनुष्यों में बहुपीढ़ीगत वंशानुक्रम के लिए सबसे अधिक विवादित।

History

यह विचार कि पर्यावरण स्थायी जैविक छाप छोड़ता है, आणविक एपिजेनेटिक्स से पहले का है, लेकिन आधुनिक संश्लेषण तब उभरा जब डीएनए मेथिलिकरण और क्रोमेटिन निशानों को मापा जा सका। Jaenisch और Bird द्वारा एपिजेनोम को आंतरिक और पर्यावरणीय संकेतों के एकीकरणकर्ता के रूप में प्रस्तुत करना (2003) ने इस क्षेत्र को मजबूत किया, और बाद की समीक्षाओं ने पर्यावरणीय एपिजेनेटिक्स को रोग और वंशानुक्रम पर बहस से जोड़ा (Feil & Fraga, 2012; Cavalli & Heard, 2019)।

Debates

स्तनधारियों में अंतरपीढ़ीगत एपिजेनेटिक वंशानुक्रम कितना मजबूत है?

क्योंकि जर्मलाइन और भ्रूण रीप्रोग्रामिंग अधिकांश निशानों को मिटा देती है, यह दावा कि पर्यावरणीय रूप से प्राप्त एपिजेनेटिक अवस्थाएं स्तनधारियों में कई पीढ़ियों में विरासत में मिलती हैं, अभी भी विवादित है, और कई रिपोर्ट किए गए मानव साक्ष्य साझा पर्यावरण या आनुवंशिक भ्रम को बाहर नहीं कर सकते हैं।

Key figures

• Rudolf Jaenisch
• Adrian Bird
• Robert Feil
• Giacomo Cavalli
• Edith Heard
• Peter Gluckman

Seminal works

• jaenisch-bird-2003
• feil-fraga-2012
• cavalli-heard-2019

Frequently asked questions

अंतरपीढ़ीगत और अंतरपीढ़ीगत एपिजेनेटिक प्रभावों में क्या अंतर है?

अंतरपीढ़ीगत प्रभावों को संतान या उसकी जर्मलाइन के सीधे संपर्क से समझाया जा सकता है (उदाहरण के लिए, एक गर्भवती व्यक्ति, भ्रूण और भ्रूण की जर्म कोशिकाएं सभी एक साथ उजागर होती हैं)। सच्चे अंतरपीढ़ीगत वंशानुक्रम के लिए प्रभाव को उन पीढ़ियों में बने रहने की आवश्यकता होती है जो कभी सीधे उजागर नहीं हुई थीं, जो एक बहुत मजबूत और अधिक मांग वाला दावा है।

क्या पर्यावरणीय एपिजेनेटिक्स का मतलब है कि अनुभव हमारे डीएनए को बदलते हैं?

नहीं। पर्यावरणीय संकेत डीएनए के ऊपर स्थित एपिजेनेटिक निशानों को बदल सकते हैं — जैसे मेथिलिकरण और क्रोमेटिन अवस्था — जो जीन गतिविधि को विनियमित करते हैं, लेकिन वे डीएनए अनुक्रम को स्वयं नहीं बदलते हैं।