एपिजेनेटिक लैंडस्केप और वैडिंगटन टोपोलॉजी

एपिजेनेटिक लैंडस्केप विकास के लिए कॉनराड वैडिंगटन का स्थायी रूपक है: एक कोशिका को एक संगमरमर के रूप में चित्रित किया गया है जो शाखाओं वाली घाटियों से घिरी हुई सतह पर नीचे लुढ़क रहा है, जहाँ प्रत्येक घाटी एक संभावित विकासात्मक प्रक्षेपवक्र का प्रतिनिधित्व करती है और गहरी होती हुई खाइयाँ एक भाग्य के प्रति प्रगतिशील प्रतिबद्धता का प्रतिनिधित्व करती हैं। लैंडस्केप का आकार — इसकी टोपोलॉजी — अंतर्निहित जीन और क्रोमेटिन अवस्थाओं के नेटवर्क द्वारा निर्धारित होती है, और संगमरमर का मार्ग यह दर्शाता है कि कोशिकाएँ पहचान कैसे चुनती और स्थिर करती हैं।

Definition

एपिजेनेटिक लैंडस्केप एक टोपोलॉजिकल रूपक है जिसमें विकास को घाटियों और लकीरों की सतह पर गति के रूप में दर्शाया गया है; घाटियाँ स्थिर कोशिका भाग्य (आकर्षक) के अनुरूप होती हैं, लकीरें भाग्य के बीच बाधाओं के अनुरूप होती हैं, और सतह का आकार जीन-नियामक और क्रोमेटिन अवस्थाओं द्वारा निर्धारित होता है जो एक कोशिका के प्रक्षेपवक्र को बाधित करते हैं।

Scope

यह विषय लैंडस्केप रूपक और इसकी आधुनिक पुनर्व्याख्या को शामिल करता है: कैनालाइजेशन और विकासात्मक सुदृढ़ता, विभेदित कोशिका प्रकारों के लिए आकर्षक अवस्थाओं का विचार, भाग्य के बीच ऊर्जावान बाधाएँ (पहाड़ियाँ), और कैसे प्रायोगिक रीप्रोग्रामिंग एक कोशिका को वापस ऊपर की ओर या एक रिज के पार धकेलने से मेल खाती है। यह लैंडस्केप को जीन-नियामक नेटवर्क को कोशिका-भाग्य निर्णयों से जोड़ने वाले एक वैचारिक ढांचे के रूप में मानता है, नैदानिक मार्गदर्शन के बजाय संदर्भ सामग्री के रूप में।

Core questions

• विकासात्मक लैंडस्केप की घाटियों और लकीरों को क्या आकार देता है?
• कैनालाइजेशन विकासात्मक परिणामों को गड़बड़ी के प्रति कैसे सुदृढ़ बनाता है?
• लैंडस्केप के संदर्भ में, एक विभेदित कोशिका को रीप्रोग्राम करने का क्या अर्थ है?
• क्या विभेदित भाग्य को स्थिर आकर्षक के रूप में सबसे अच्छा माना जाता है?

Key concepts

• एपिजेनेटिक लैंडस्केप रूपक
• कैनालाइजेशन और विकासात्मक सुदृढ़ता
• आकर्षक अवस्थाओं के रूप में घाटियाँ
• भाग्य बाधाओं के रूप में लकीरें
• ऊपर की ओर गति के रूप में रीप्रोग्रामिंग
• घाटियों के पार ट्रांसडिफरेंशिएशन

Key theories

कैनालाइजेशन

वैडिंगटन ने प्रस्तावित किया कि विकास को बफर किया जाता है ताकि, आनुवंशिक और पर्यावरणीय भिन्नता के बावजूद, कोशिकाएँ मज़बूती से समान अंतिम अवस्थाओं तक पहुँचें; लैंडस्केप की गहरी होती घाटियाँ विकासात्मक परिणामों की इस कैनालाइज्ड सुदृढ़ता का प्रतिनिधित्व करती हैं।

कोशिका पहचान की आकर्षक अवस्थाएँ

विभेदित कोशिका प्रकारों को एक अंतर्निहित जीन-नियामक नेटवर्क के आकर्षक के रूप में मॉडल किया जा सकता है, जो लैंडस्केप में घाटी के तल के अनुरूप होते हैं; आकर्षक के बीच संक्रमण के लिए बाधाओं को पार करने की आवश्यकता होती है, जिसे रीप्रोग्रामिंग और ट्रांसडिफरेंशिएशन प्रयोग बलपूर्वक पूरा करते हैं।

Mechanisms

लैंडस्केप चित्र में, सतह गुरुत्वाकर्षण द्वारा स्थिर नहीं होती है बल्कि कोशिका के जीन-नियामक नेटवर्क और क्रोमेटिन अवस्था द्वारा गढ़ी जाती है: प्रतिलेखन कारकों के बीच प्रतिक्रिया लूप और आत्म-सुदृढ़ क्रोमेटिन चिह्न बाधाओं द्वारा अलग किए गए स्थिर बेसिन (घाटियाँ) बनाते हैं। विकास तब आगे बढ़ता है जब कोशिकाएँ उत्तरोत्तर संकरी घाटियों में उतरती हैं, भाग्य के प्रति प्रतिबद्ध होती हैं। रीप्रोग्रामिंग एक कोशिका को एक रिज के ऊपर वापस धकेलने से मेल खाती है — उदाहरण के लिए, परिभाषित कारकों की जबरन अभिव्यक्ति जो एक विभेदित कोशिका को बहुशक्ति में रीसेट करती है, यह दर्शाता है कि लैंडस्केप की बाधाएँ पूर्ण के बजाय पार करने योग्य हैं। ट्रांसडिफरेंशिएशन शीर्ष पर वापस आए बिना एक घाटी से दूसरी आसन्न घाटी में एक पार्श्व गति का प्रतिनिधित्व करता है।

Clinical relevance

लैंडस्केप ढाँचा स्टेम-सेल और पुनर्योजी-चिकित्सा रणनीतियों के लिए वैचारिक आधार प्रदान करता है जिनका उद्देश्य कोशिका के भाग्य को पुनर्निर्देशित करना है, और यह इस बात पर विचार करने का एक तरीका प्रदान करता है कि कोशिकाएँ पहचान कैसे प्राप्त करती और खोती हैं। यह कोशिका-भाग्य व्यवहार के लिए एक व्याख्यात्मक मॉडल है और व्यक्तिगत नैदानिक या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

History

कॉनराड वैडिंगटन ने बीसवीं सदी के मध्य के सैद्धांतिक जीव विज्ञान में एपिजेनेटिक लैंडस्केप और कैनालाइजेशन की अवधारणा को पेश किया, इससे बहुत पहले कि इसके आणविक सब्सट्रेट को जाना जाता था। इस रूपक को तब पुनर्जीवित किया गया जब आणविक जीव विज्ञान ने खुलासा किया कि जीन-नियामक नेटवर्क और क्रोमेटिन अवस्थाएँ कोशिका के भाग्य को कैसे स्थिर करती हैं, विकास में रीप्रोग्रामिंग (रीक एट अल।, 2001) और जबरन वंश परिवर्तन (ग्राफ और एनवर, 2009) की समीक्षाओं के साथ घाटियों और लकीरों को यांत्रिक शब्दों में फिर से परिभाषित किया गया। ताकाहाशी और यामानाका का 2006 का प्रेरित बहुशक्ति का प्रदर्शन एक कोशिका को लैंडस्केप में वापस ऊपर ले जाने का सबसे प्रभावशाली प्रायोगिक चित्रण था।

Debates

क्या लैंडस्केप रूपक एक शाब्दिक मॉडल है या एक अनुमानी?

कुछ लोग लैंडस्केप को जीन-नियामक-नेटवर्क गतिशीलता से प्राप्त एक अर्ध-मात्रात्मक मॉडल के रूप में मानते हैं जिसमें परिभाषित आकर्षक और बाधाएँ होती हैं, जबकि अन्य इसे एक उपयोगी अनुमानी मानते हैं जिसकी घाटियों और लकीरों की अति-व्याख्या नहीं की जानी चाहिए; रूपक की स्थिति चर्चा का एक बिंदु बनी हुई है।

Key figures

• Conrad Waddington
• Shinya Yamanaka
• Thomas Graf
• Tariq Enver
• Wolf Reik

Seminal works

• waddington-1957
• takahashi-yamanaka-2006
• graf-enver-2009

Frequently asked questions

वैडिंगटन का एपिजेनेटिक लैंडस्केप क्या है?

यह एक रूपक है जो विकास को घाटियों की एक शाखाओं वाली सतह पर लुढ़कते हुए एक संगमरमर के रूप में दर्शाता है; प्रत्येक घाटी एक संभावित कोशिका भाग्य है और गहरी होती हुई खाइयाँ प्रगतिशील प्रतिबद्धता का प्रतिनिधित्व करती हैं, जिसमें सतह कोशिका के जीन-नियामक और क्रोमेटिन अवस्थाओं द्वारा आकार लेती है।

रीप्रोग्रामिंग लैंडस्केप चित्र में कैसे फिट बैठती है?

रीप्रोग्रामिंग एक कोशिका को लैंडस्केप में वापस ऊपर धकेलने से मेल खाती है — उन लकीरों के ऊपर जो सामान्य रूप से एक भाग्य को स्थिर रखती हैं — जैसे कि जब परिभाषित कारक एक विभेदित कोशिका को सतह के शीर्ष पर एक बहुशक्ति अवस्था में रीसेट करते हैं।