एपिजेनेटिक वंशागति और कोशिका स्मृति
एपिजेनेटिक वंशागति और कोशिका स्मृति इस बात से संबंधित है कि एक कोशिका अंतर्निहित डीएनए अनुक्रम को बदले बिना कोशिका विभाजन के दौरान अपने जीन-अभिव्यक्ति कार्यक्रम और पहचान को कैसे बनाए रखती है। एक ही जीनोम एक यकृत कोशिका या एक न्यूरॉन को निर्दिष्ट कर सकता है क्योंकि क्रोमेटिन अवस्थाएँ - डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन और उच्च-क्रम संगठन के पैटर्न - डीएनए प्रतिकृति और समसूत्री विभाजन के माध्यम से प्रसारित होते हैं, जिससे संतति कोशिकाओं को उनके माता-पिता द्वारा लिए गए नियामक निर्णयों की स्मृति मिलती है।
Definition
एपिजेनेटिक वंशागति डीएनए अनुक्रम में परिवर्तनों के अलावा अन्य तंत्रों के माध्यम से एक कोशिका से उसके वंशजों (या, कुछ मामलों में, पीढ़ियों तक) में जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं या क्रोमेटिन विन्यास का संचरण है; कोशिका स्मृति उन अवस्थाओं की दृढ़ता है जो स्थिर कोशिकीय पहचान को रेखांकित करती है।
Scope
यह क्षेत्र पाठक को उन तंत्रों से परिचित कराता है जो क्रोमेटिन अवस्थाओं को कोशिका चक्र के माध्यम से बने रहने देते हैं: प्रतिकृति फोर्क पर निशान कैसे कॉपी किए जाते हैं, पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स सिस्टम कैसे दमित और सक्रिय अवस्थाओं को लॉक करते हैं, और क्रोमेटिन संगठन और बायोमोलेक्यूलर संघनन स्थिर डोमेन में कैसे योगदान करते हैं। यह कोशिकीय स्मृति को आणविक आनुवंशिकी और विकासात्मक जीव विज्ञान में एक संदर्भ विषय के रूप में मानता है न कि नैदानिक मार्गदर्शन के रूप में।
Sub-topics
Core questions
- क्रोमेटिन के निशान संतति स्ट्रैंड्स पर कैसे कॉपी किए जाते हैं ताकि अभिव्यक्ति अवस्थाएँ डीएनए प्रतिकृति से बची रहें?
- कौन सी प्रणालियाँ एक निशान को पढ़ती और फिर से लिखती हैं ताकि वह प्रत्येक विभाजन पर पतला होने के बजाय आत्म-स्थायी हो जाए?
- पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स कॉम्प्लेक्स वंशानुगत दमित बनाम सक्रिय अवस्थाओं को कैसे स्थापित और बनाए रखते हैं?
- उच्च-क्रम क्रोमेटिन संगठन और चरण पृथक्करण स्मृति को स्थिर करने में क्या भूमिका निभाते हैं?
Key concepts
- क्रोमेटिन अवस्थाओं की समसूत्री वंशानुगतता
- डीएनए मेथिलिकरण रखरखाव
- हिस्टोन संशोधन और हिस्टोन कोड
- पॉलीकॉम्ब (दमनकारी) और ट्राइथोरेक्स (सक्रिय) स्मृति प्रणालियाँ
- प्रतिकृति-युग्मित निशान प्रसार
- हेटेरोक्रोमेटिन और उच्च-क्रम क्रोमेटिन डोमेन
- बायोमोलेक्यूलर संघनन और चरण पृथक्करण
Key theories
- क्रोमेटिन के निशानों का रीड-राइट सेल्फ-टेम्प्लेटिंग
- एक केंद्रीय प्रस्ताव यह है कि वंशानुगत क्रोमेटिन अवस्थाएँ आत्म-स्थायी होती हैं क्योंकि एक निशान लिखने वाला एंजाइम पहले से मौजूद उसी निशान द्वारा भर्ती किया जाता है (एक सकारात्मक प्रतिक्रिया या रीड-राइट लूप), जिससे एक अवस्था को नए प्रतिकृत क्रोमेटिन पर बहाल किया जा सकता है बजाय इसके कि वह पतला हो जाए।
- हिस्टोन कोड परिकल्पना
- हिस्टोन कोड परिकल्पना यह मानती है कि हिस्टोन संशोधनों के संयोजन को प्रभावक प्रोटीन द्वारा पढ़ा जाता है ताकि विशिष्ट डाउनस्ट्रीम अवस्थाओं को निर्दिष्ट किया जा सके, जिससे एक सूचना परत प्रदान की जा सके जो अभिव्यक्ति कार्यक्रमों को एन्कोड और प्रसारित करने में मदद कर सकती है।
Mechanisms
कोशिकीय स्मृति कई परस्पर जुड़े तंत्रों पर निर्भर करती है। डीएनए मेथिलिकरण अर्ध-संरक्षी रूप से कॉपी किया जाता है, जिसमें रखरखाव मशीनरी प्रतिकृति के बाद हेमीमेथिलिकृत CpG साइटों को पहचानती है। हिस्टोन संशोधन सीधे टेम्पलेट-आधारित कॉपी नहीं किए जाते हैं, इसलिए पैतृक हिस्टोन को संतति स्ट्रैंड्स पर पुनर्चक्रित किया जाता है और उन बीजों के रूप में कार्य करते हैं जिनसे राइटर एंजाइम स्थानीय पैटर्न को बहाल करते हैं; कई राइटर अपने स्वयं के उत्पाद द्वारा भर्ती किए जाते हैं, जिससे आत्म-सुदृढ़ रीड-राइट लूप बनते हैं। पॉलीकॉम्ब दमनकारी कॉम्प्लेक्स दमित अवस्थाओं को बनाए रखने के लिए H3K27 मेथिलिकरण जमा करते और प्रसारित करते हैं, जबकि ट्राइथोरेक्स-समूह गतिविधि विरोधी सक्रिय अवस्थाओं को बनाए रखती है। उच्च-क्रम संगठन - हेटेरोक्रोमेटिन डोमेन और, कुछ मॉडलों में, चरण-पृथक संघनन - इन अवस्थाओं को क्रोमेटिन क्षेत्रों में बफर और फैला सकते हैं, विभाजन के माध्यम से उनकी स्थिरता में योगदान करते हैं।
Clinical relevance
स्थिर लेकिन प्रतिवर्ती क्रोमेटिन अवस्थाएँ सामान्य विभेदन को रेखांकित करती हैं, और उनके व्यवधान का वर्णन कैंसर और विकासात्मक विकारों में किया गया है, यही कारण है कि यह क्षेत्र मूलभूत आनुवंशिकी शिक्षा का हिस्सा है। यह प्रविष्टि बताती है कि कोशिकीय स्मृति कैसे उत्पन्न और बनाए रखी जाती है; यह जीव विज्ञान का वर्णन करती है और व्यक्तिगत निदान या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।
History
यह विचार कि जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं को डीएनए-अनुक्रम परिवर्तन के बिना विरासत में प्राप्त किया जा सकता है, बीसवीं सदी के क्रोमेटिन और स्थिति-प्रभाव विविधीकरण पर काम से विकसित हुआ, डीएनए मेथिलिकरण रखरखाव और ड्रोसोफिला में पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स स्मृति प्रणालियों की खोज से तेज हुआ, और लगभग 2000 में हिस्टोन-कोड प्रस्ताव द्वारा आणविक शब्दों में फिर से तैयार किया गया। बाद के काम ने प्रतिकृति फोर्क से निशान प्रसार को जोड़ा और, हाल ही में, उच्च-क्रम क्रोमेटिन संगठन और बायोमोलेक्यूलर संघनन से जोड़ा।
Key figures
- C. David Allis
- Thomas Jenuwein
- Danny Reinberg
- Genevieve Almouzni
- Robin Allshire
Related topics
Seminal works
- allis-jenuwein-2001
- kouzarides-2007
- margueron-reinberg-2011
- probst-2009
Frequently asked questions
- एक समान डीएनए कई अलग-अलग स्थिर कोशिका प्रकारों का उत्पादन कैसे कर सकता है?
- विभिन्न कोशिका प्रकार एक ही डीएनए अनुक्रम पर विभिन्न क्रोमेटिन अवस्थाएँ - डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधनों के पैटर्न - ले जाते हैं, और ये अवस्थाएँ कोशिका विभाजन के माध्यम से प्रसारित होती हैं ताकि प्रत्येक वंश अपनी पहचान याद रखे।
- क्या एपिजेनेटिक स्मृति स्थायी है?
- यह स्थिर है लेकिन सामान्यतः प्रतिवर्ती है: क्रोमेटिन अवस्थाओं को कई विभाजनों में बनाए रखा जा सकता है फिर भी उन्हें रीसेट या पुन: प्रोग्राम भी किया जा सकता है, उदाहरण के लिए विकास या प्रायोगिक पुन: प्रोग्रामिंग के दौरान।