पर्यावरणीय एपिजेनेटिक प्लास्टिसिटी

पर्यावरणीय एपिजेनेटिक प्लास्टिसिटी का तात्पर्य एपिजीनोम की उस क्षमता से है जिसमें पर्यावरणीय संकेतों — आहार, तनाव, हार्मोन, विषाक्त पदार्थ और अन्य प्रभावों — द्वारा इसे नया आकार दिया जा सकता है, जिससे जीन विनियमन में ऐसे परिवर्तन उत्पन्न होते हैं जो क्षणिक या स्थायी हो सकते हैं लेकिन डीएनए अनुक्रम को अक्षुण्ण रखते हैं। यह इस बात का यांत्रिक आधार है कि कैसे जीवन के अनुभव और परिवेश जीनोम के आणविक नियंत्रण में अंतर्निहित हो जाते हैं।

Definition

पर्यावरणीय एपिजेनेटिक प्लास्टिसिटी एपिजेनेटिक चिह्नों का पर्यावरणीय रूप से प्रतिक्रियाशील संशोधन है — मुख्य रूप से डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन और गैर-कोडिंग आरएनए — जो डीएनए अनुक्रम को बदले बिना जीन अभिव्यक्ति को बदलता है, जिससे जीनोम की नियामक स्थिति को बाहरी और आंतरिक स्थितियों के अनुकूल होने की अनुमति मिलती है।

Scope

यह प्रविष्टि बताती है कि पर्यावरणीय इनपुट को एपिजेनेटिक चिह्नों पर कैसे स्थानांतरित किया जाता है, इसमें शामिल आणविक परतें (डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन, गैर-कोडिंग आरएनए), उदाहरणात्मक प्रायोगिक प्रणालियाँ, और प्रतिवर्तीता का प्रश्न। यह प्लास्टिसिटी को एक व्यक्ति के भीतर एपिजीनोम के एक गुण के रूप में मानती है; संतानों में संचरण को संबंधित ट्रांसजेनरेशनल-इनहेरिटेंस प्रविष्टि में शामिल किया गया है।

Core questions

• पर्यावरणीय संकेत किन आणविक मार्गों से एपिजेनेटिक चिह्नों को संशोधित करते हैं?
• कौन से जोखिम स्थायी बनाम क्षणिक एपिजेनेटिक परिवर्तन उत्पन्न करते हैं?
• क्या पर्यावरणीय रूप से प्रेरित एपिजेनेटिक परिवर्तन प्रतिवर्ती हैं?
• प्लास्टिसिटी को यादृच्छिक एपिजेनेटिक बहाव या आनुवंशिक भिन्नता से कैसे अलग किया जा सकता है?

Key concepts

• डीएनए मेथिलिकरण प्रतिक्रियाशीलता
• हिस्टोन संशोधन और क्रोमेटिन रीमॉडलिंग
• गैर-कोडिंग आरएनए विनियमन
• मेटास्टेबल एपिएलील
• प्रतिवर्तीता और एपिजेनेटिक संपादन
• संवेदनशीलता की महत्वपूर्ण खिड़कियां
• एपिजेनेटिक बहाव

Mechanisms

पर्यावरणीय संकेत चयापचय, हार्मोनल और सिग्नलिंग मार्गों के माध्यम से कार्य करते हैं जो एपिजेनेटिक चिह्नों को लिखने, मिटाने और पढ़ने वाले एंजाइमों पर अभिसरित होते हैं (Jaenisch & Bird, 2003)। मिथाइल दाताओं की पोषण आपूर्ति, ग्लूकोकॉर्टिकॉइड सिग्नलिंग और रासायनिक जोखिम विशिष्ट लोकी पर डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन स्थितियों को बदल सकते हैं, जिससे प्रतिलेखन बदल जाता है (Feil & Fraga, 2012)। क्लासिक प्रायोगिक प्रदर्शनों में चूहे की संतानों में ग्लूकोकॉर्टिकॉइड रिसेप्टर प्रमोटर का मातृ-देखभाल-निर्भर मेथिलिकरण (Weaver et al., 2004) और मूस एगौटी मेटास्टेबल एपिएलील पर आहार- और बिस्फेनॉल-ए-निर्भर मेथिलिकरण शामिल हैं, जहाँ मातृ पोषक तत्व पूरकता ने जोखिम-प्रेरित हाइपोमेथिलिकरण का प्रतिकार किया (Dolinoy et al., 2007)। ऐसे लोकी विशेष रूप से संवेदनशील होते हैं क्योंकि उनका मेथिलिकरण विकास के दौरान संभाव्य रूप से स्थापित होता है।

Clinical relevance

एपिजेनेटिक प्लास्टिसिटी बताती है कि पर्यावरणीय जोखिम रोग संवेदनशीलता में भिन्नता में कैसे योगदान कर सकते हैं और जोखिम के एपिजेनेटिक बायोमार्कर के लिए वैचारिक आधार प्रदान करते हैं। यह प्रविष्टि एक यांत्रिक संदर्भ है; यह व्यक्तिगत नैदानिक या उपचार निर्णयों का समर्थन नहीं करती है।

Epidemiology

पर्यावरणीय प्लास्टिसिटी के लिए मानव साक्ष्य मुख्य रूप से अवलोकन संबंधी अध्ययनों से आते हैं जो धूम्रपान, अकाल और प्रदूषकों जैसे जोखिमों को विभेदक डीएनए मेथिलिकरण से जोड़ते हैं, जो नियंत्रित पशु मॉडल द्वारा पूरक होते हैं जो कारण दिशा स्थापित करते हैं (Feil & Fraga, 2012; Cavalli & Heard, 2019)। व्यक्तिगत लोकी पर प्रभाव का आकार अक्सर छोटा होता है, और आनुवंशिक और स्टोकेस्टिक भिन्नता से जोखिम-प्रेरित परिवर्तन को अलग करना एक आवर्ती पद्धतिगत चुनौती है।

History

यह पहचान कि एपिजीनोम पर्यावरणीय रूप से ट्यून करने योग्य है, 2000 के दशक की शुरुआत में परिपक्व हुई, जब जेनिस्क और बर्ड (2003) ने इसे आंतरिक और पर्यावरणीय संकेतों के एक एकीकृत के रूप में प्रस्तुत किया। मातृ देखभाल (Weaver et al., 2004) और एगौटी माउस (Dolinoy et al., 2007) के पशु मॉडल विहित प्रदर्शन बन गए कि पर्यावरण परिभाषित लोकी पर मेथिलिकरण को आकार देता है, जो Feil और Fraga (2012) द्वारा समीक्षा किए गए व्यापक क्षेत्र को आधार प्रदान करता है।

Debates

पर्यावरणीय रूप से प्रेरित एपिजेनेटिक चिह्न कितने प्रतिवर्ती हैं?

कुछ जोखिम-संबंधित चिह्न लंबी अवधि तक स्थिर प्रतीत होते हैं जबकि अन्य क्षणिक या औषधीय रूप से प्रतिवर्ती होते हैं, और जिस हद तक प्लास्टिसिटी को ऑफ-टारगेट प्रभावों के बिना जानबूझकर उलटा किया जा सकता है, वह एक सक्रिय प्रश्न बना हुआ है।

Key figures

• Rudolf Jaenisch
• Adrian Bird
• Michael Meaney
• Moshe Szyf
• Randy Jirtle
• Dana Dolinoy

Seminal works

• jaenisch-bird-2003
• weaver-2004
• dolinoy-2007
• feil-fraga-2012

Frequently asked questions

क्या पर्यावरणीय रूप से प्रेरित एपिजेनेटिक परिवर्तन स्थायी होते हैं?

आवश्यक नहीं। कुछ क्षणिक होते हैं और जोखिम समाप्त होने पर वापस आ जाते हैं, जबकि अन्य लंबी अवधि तक बने रहते हैं; स्थायित्व लोकस, कोशिका प्रकार और जोखिम के विकासात्मक समय पर निर्भर करता है।

मेटास्टेबल एपिएलील क्या है?

एक लोकस जिसकी एपिजेनेटिक स्थिति विकास के शुरुआती चरण में संभाव्य रूप से स्थापित होती है, ताकि आनुवंशिक रूप से समान व्यक्ति विभिन्न, स्थिर मेथिलिकरण अवस्थाओं के साथ समाप्त हो सकें — जिससे यह पर्यावरणीय प्रभाव का एक संवेदनशील पठन बन जाता है, जैसा कि एगौटी माउस द्वारा दर्शाया गया है।