रोग में एपिजेनेटिक्स और जीन विनियमन

एपिजेनेटिक्स जीन गतिविधि में वंशानुगत या लगातार होने वाले परिवर्तनों का अध्ययन है जो अंतर्निहित डीएनए अनुक्रम को नहीं बदलते हैं। डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन, क्रोमेटिन रीमॉडलिंग और गैर-कोडिंग आरएनए जैसे तंत्र यह नियंत्रित करते हैं कि किसी दिए गए कोशिका में कौन से जीन व्यक्त होते हैं, और उनका अविनियमन रोग में योगदान देता है - सबसे प्रमुख रूप से कैंसर में, लेकिन विकासात्मक, चयापचय और तंत्रिका संबंधी विकारों में भी। क्योंकि एपिजेनेटिक निशान संभावित रूप से प्रतिवर्ती होते हैं, वे रोग जीव विज्ञान में विशेष रुचि रखते हैं।

Definition

एपिजेनेटिक्स जीन अभिव्यक्ति में माइटोटिक (और कभी-कभी अर्धसूत्रीविभाजन) वंशानुगत परिवर्तनों से संबंधित है जो डीएनए अनुक्रम में परिवर्तन के बिना होते हैं, मुख्य रूप से डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन, क्रोमेटिन संरचना और गैर-कोडिंग आरएनए द्वारा मध्यस्थ होते हैं; एपिजेनेटिक अविनियमन रोग में इन तंत्रों की गड़बड़ी को संदर्भित करता है।

Scope

यह विषय प्रमुख एपिजेनेटिक तंत्रों को शामिल करता है, वे कोशिका-प्रकार-विशिष्ट जीन अभिव्यक्ति को कैसे स्थापित और बनाए रखते हैं, और कैसे उनकी गड़बड़ी रोग में योगदान करती है, जिसमें कैंसर एपिजेनेटिक्स सबसे अच्छी तरह से वर्णित उदाहरण है और विकासात्मक प्रोग्रामिंग एक दूसरा प्रमुख विषय है। यह एक यांत्रिक संदर्भ है; यह व्यक्तिगत देखभाल के लिए एपिजेनेटिक उपचारों या परीक्षण पर चर्चा नहीं करता है।

Core questions

• डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन डीएनए अनुक्रम को बदले बिना जीन अभिव्यक्ति को कैसे नियंत्रित करते हैं?
• विकासात्मक अवस्था में एपिजेनेटिक अवस्थाएं कैसे स्थापित होती हैं और कोशिका विभाजन के माध्यम से कैसे बनी रहती हैं?
• एपिजेनेटिक अविनियमन कैंसर और अन्य बीमारियों में कैसे योगदान देता है?
• किस अर्थ में एपिजेनेटिक परिवर्तन प्रतिवर्ती होते हैं, और यह उन्हें आनुवंशिक उत्परिवर्तन से कैसे अलग करता है?

Key concepts

• डीएनए मेथिलिकरण
• हिस्टोन संशोधन
• क्रोमेटिन रीमॉडलिंग
• गैर-कोडिंग आरएनए विनियमन
• जीनोमिक इम्प्रिंटिंग
• कोशिका विभाजन के माध्यम से एपिजेनेटिक मेमोरी और वंशानुक्रम
• हाइपरमेथिलिकरण और जीन साइलेंसिंग
• विकासात्मक प्रोग्रामिंग

Mechanisms

जीन अभिव्यक्ति डीएनए और उसके पैकेजिंग प्रोटीन पर स्तरित प्रतिवर्ती संशोधनों द्वारा आकार लेती है। डीएनए मेथिलिकरण, आमतौर पर CpG साइटों पर, जब यह प्रमोटर क्षेत्रों में होता है तो ट्रांसक्रिप्शनल साइलेंसिंग से जुड़ा होता है; सहसंयोजक हिस्टोन संशोधन और एटीपी-निर्भर क्रोमेटिन रीमॉडलिंग यह बदल देते हैं कि डीएनए कितनी कसकर पैक किया गया है और इसलिए जीन कितने सुलभ हैं; और गैर-कोडिंग आरएनए आगे नियामक नियंत्रण जोड़ते हैं। ये निशान कोशिका विभाजन के दौरान कॉपी किए जाते हैं, जिससे एपिजेनेटिक मेमोरी मिलती है जो कोशिका पहचान बनाए रखती है। रोग में, यह विनियमन बाधित होता है: उदाहरण के लिए, कैंसर में, वैश्विक हाइपोमेथिलिकरण प्रमोटर हाइपरमेथिलिकरण के साथ सह-अस्तित्व में होता है जो ट्यूमर-दमनकारी जीनों को शांत करता है, साथ ही परिवर्तित हिस्टोन पैटर्न भी होते हैं। प्रारंभिक जीवन की पर्यावरणीय स्थितियां भी एपिजेनेटिक अवस्थाओं को इस तरह से आकार दे सकती हैं जो बाद के रोग जोखिम से जुड़ी होती हैं, जो विकासात्मक प्रोग्रामिंग का आधार है।

Clinical relevance

एपिजेनेटिक तंत्र यह बताते हैं कि समान जीनोम वाली कोशिकाएं विशिष्ट पहचान कैसे बनाए रखती हैं और रोग में जीन विनियमन कैसे गलत हो सकता है, जिससे कैंसर और विकासात्मक विकारों की विकृति विज्ञान की समझ को सूचित किया जाता है। यह प्रविष्टि संदर्भ के लिए तंत्रों का वर्णन करती है; यह व्यक्तिगत निदान या उपचार में उपयोग के लिए एपिजेनेटिक बायोमार्कर या उपचारों को संबोधित नहीं करती है।

Epidemiology

एपिजेनेटिक परिवर्तन मानव कैंसर की लगभग सार्वभौमिक विशेषता हैं और विकासात्मक, चयापचय और तंत्रिका संबंधी स्थितियों में वर्णित हैं; क्योंकि एपिजेनेटिक अवस्थाएं ऊतक, आयु और पर्यावरण के अनुसार भिन्न होती हैं, उनका वितरण एक एकल जनसंख्या आवृत्ति के बजाय प्रति रोग और कोशिका प्रकार के अनुसार अध्ययन किया जाता है।

History

वैडिंगटन ने बीसवीं शताब्दी के मध्य में 'एपिजेनेटिक्स' शब्द गढ़ा था ताकि यह वर्णन किया जा सके कि विकास के दौरान जीनोटाइप फेनोटाइप कैसे उत्पन्न करता है। जीन-नियामक जानकारी के आणविक वाहक के रूप में डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन की बाद की पहचान, और 1980 के दशक से यह मान्यता कि ये कैंसर में बाधित होते हैं, ने एपिजेनेटिक्स को रोग जीव विज्ञान के केंद्र में स्थापित किया, जिसमें विकासात्मक-उत्पत्ति ढांचा इसे दीर्घकालिक रोग जोखिम तक विस्तारित करता है।

Key figures

• Conrad Waddington
• Adrian Bird
• Peter Jones
• Stephen Baylin

Seminal works

• bird-2002
• jones-2007
• gluckman-2008

Frequently asked questions

एक एपिजेनेटिक परिवर्तन एक आनुवंशिक उत्परिवर्तन से कैसे भिन्न है?

एक आनुवंशिक उत्परिवर्तन डीएनए अनुक्रम को ही बदल देता है, जबकि एक एपिजेनेटिक परिवर्तन अनुक्रम को बदले बिना जीन को चालू या बंद करने के तरीके को बदल देता है। एपिजेनेटिक निशान कोशिका विभाजन के माध्यम से बनाए रखे जा सकते हैं फिर भी, सिद्धांत रूप में, प्रतिवर्ती होते हैं, एक निश्चित अनुक्रम उत्परिवर्तन के विपरीत।

कैंसर में एपिजेनेटिक्स विशेष रूप से महत्वपूर्ण क्यों है?

कैंसर कोशिकाएं आमतौर पर व्यापक एपिजेनेटिक गड़बड़ी दिखाती हैं, जैसे कि मेथिलिकरण जो ट्यूमर-दमनकारी जीनों को शांत करता है, साथ ही परिवर्तित हिस्टोन पैटर्न भी होते हैं, जो जीन अभिव्यक्ति को बदलते हैं और डीएनए उत्परिवर्तन से स्वतंत्र रूप से, या उनके साथ मिलकर, ट्यूमर के विकास में योगदान करते हैं।