जीन अभिव्यक्ति विनियमन और नियंत्रण

जीन अभिव्यक्ति विनियमन उन क्रियाविधियों का समूह है जिनके द्वारा एक कोशिका यह नियंत्रित करती है कि जीन उत्पाद कब, कहाँ और कितनी मात्रा में बनता है। यद्यपि एक जीव में लगभग हर कोशिका में एक ही जीनोम होता है, विनियमन यह निर्धारित करता है कि किसी भी क्षण कौन से जीन आरएनए और प्रोटीन में पढ़े जाते हैं, जिससे एक जीनोम कई कोशिका प्रकार उत्पन्न कर सकता है और बदलती परिस्थितियों का जवाब दे सकता है।

Definition

जीन अभिव्यक्ति विनियमन में आणविक प्रक्रियाएँ शामिल हैं जो उस दर को नियंत्रित करती हैं जिस पर आनुवंशिक जानकारी कार्यात्मक जीन उत्पादों में परिवर्तित होती है, जो प्रतिलेखन, आरएनए प्रसंस्करण और स्थिरता, अनुवाद, और प्रोटीन संशोधन और टर्नओवर के स्तरों पर कार्य करती हैं।

Scope

यह क्षेत्र पाठक को उन प्रमुख स्तरों से परिचित कराता है जिन पर जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित किया जाता है: प्रोकैरियोट्स में प्रतिलेखन नियंत्रण (ऑपेरॉन मॉडल), न्यूक्लियोसोम रीमॉडलिंग और हिस्टोन संशोधन के माध्यम से क्रोमेटिन-स्तर नियंत्रण, एन्हान्सर और साइलेंसर द्वारा दूरस्थ विनियमन, अनुवाद संबंधी नियंत्रण और मैसेंजर आरएनए स्थिरता, और अनुलेखन-पश्चात और अनुवाद-पश्चात विनियमन। यह उपक्षेत्र का एक वैचारिक मानचित्र है न कि कोई प्रोटोकॉल या नैदानिक ​​मार्गदर्शिका।

Sub-topics

• क्रोमैटिन रीमॉडलिंग और हिस्टोन संशोधन
• एन्हांसर, साइलेंसर और दीर्घ-श्रेणी विनियमन
• ओपेरॉन मॉडल और प्रोकैरियोटिक जीन विनियमन
• अनुलेखन-पश्च और अनुवादन-पश्च नियंत्रण
• अनुवादात्मक नियंत्रण और एमआरएनए स्थिरता

Core questions

• किस चरण में — प्रतिलेखन, आरएनए प्रसंस्करण, अनुवाद, या प्रोटीन टर्नओवर — एक दिए गए जीन को मुख्य रूप से नियंत्रित किया जाता है?
• एक समान जीनोम वाली कोशिकाएं विभिन्न जीन सेटों को कैसे व्यक्त करती हैं?
• पर्यावरण या विकासात्मक कार्यक्रमों से नियामक संकेत उन जीनों तक कैसे पहुंचते हैं जिन्हें वे नियंत्रित करते हैं?
• कोशिका विभाजन (एपिजेनेटिक मेमोरी) के माध्यम से नियामक अवस्थाएँ कैसे विरासत में मिलती हैं?

Key concepts

• विनियमन के स्तर: प्रतिलेखन, अनुलेखन-पश्चात, अनुवाद संबंधी, अनुवाद-पश्चात
• सिस-नियामक तत्व और ट्रांस-अभिनय कारक
• प्रेरणीय बनाम संवैधानिक अभिव्यक्ति
• संयोजन नियंत्रण
• अभिव्यक्ति अवस्थाओं की एपिजेनेटिक विरासत
• विभेदक जीन अभिव्यक्ति और कोशिका पहचान

Key theories

समन्वित प्रतिलेखन नियंत्रण का ऑपेरॉन मॉडल

जैकब और मोनोड ने प्रस्तावित किया कि बैक्टीरियल जीनों के समूह एक इकाई के रूप में एक साथ प्रतिलेखित होते हैं जिनकी गतिविधि ऑपरेटर डीएनए से बंधने वाले नियामक प्रोटीन द्वारा नियंत्रित होती है, जो प्रेरणीय और दमनकारी जीन नियंत्रण के संस्थापक तर्क को स्थापित करती है।

भर्ती द्वारा विनियमन

पटाशने और गैन ने तर्क दिया कि सक्रियण अक्सर प्रोटीन-प्रोटीन संपर्कों के माध्यम से प्रतिलेखन मशीनरी या क्रोमेटिन-संशोधित परिसरों को एक जीन में भर्ती करके काम करता है, जो प्रोकैरियोटिक और यूकेरियोटिक विनियमन को कवर करने वाला एक एकीकृत सिद्धांत है।

Mechanisms

डीएनए से कार्यात्मक प्रोटीन तक हर कदम पर नियंत्रण किया जा सकता है। बैक्टीरिया में, विनियमन प्रतिलेखन स्विचों द्वारा हावी होता है जिसमें रिप्रेसर और एक्टिवेटर ऑपरेटर और प्रमोटर अनुक्रमों को पढ़ते हैं, जैसा कि ऑपेरॉन मॉडल द्वारा दर्शाया गया है। यूकेरियोट्स में, वही डीएनए क्रोमेटिन में पैक किया जाता है, इसलिए जीनों तक पहुंच स्वयं न्यूक्लियोसोम स्थिति और हिस्टोन संशोधन द्वारा विनियमित होती है; दूरस्थ एन्हान्सर और साइलेंसर तत्व तब प्रमोटरों से जुड़कर और कोएक्टिवेटर को भर्ती करके लंबी दूरी पर प्रतिलेखन को ट्यून करते हैं। एक बार जब एक प्रतिलेख बन जाता है, तो उसका भाग्य प्रसंस्करण, मैसेंजर आरएनए की स्थिरता, और उसके अनुवाद की दक्षता के माध्यम से आगे नियंत्रित होता है, जबकि अंतिम प्रोटीन उत्पाद को अनुवाद-पश्चात संशोधन द्वारा सक्रिय, स्थानांतरित या नीचा किया जा सकता है। ये परतें संयोजन में कार्य करती हैं, ताकि किसी भी जीन उत्पाद की स्थिर-अवस्था की मात्रा कई नियामक निर्णयों के शुद्ध परिणाम को दर्शाती है।

Clinical relevance

अनियमित जीन अभिव्यक्ति कई रोग प्रक्रियाओं का आधार है, और जीन विनियमन का अध्ययन आणविक चिकित्सा में उपयोग की जाने वाली वैचारिक शब्दावली प्रदान करता है ताकि यह वर्णन किया जा सके कि जीनोटाइप फेनोटाइप को कैसे जन्म देता है। यह क्षेत्र क्रियाविधियों और ज्ञान को कैसे व्यवस्थित किया जाता है, इसका वर्णन करता है; यह शैक्षिक पृष्ठभूमि है न कि व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार।

History

जीन विनियमन का आधुनिक अध्ययन बीसवीं सदी के मध्य में बैक्टीरियल आनुवंशिकी के साथ शुरू हुआ, जो 1961 के जैकब और मोनोड के ऑपेरॉन मॉडल में परिणत हुआ। क्रोमेटिन संरचना और हिस्टोन संशोधन, दूरस्थ एन्हान्सर, और अनुलेखन-पश्चात और अनुवाद संबंधी नियंत्रण की खोज ने धीरे-धीरे यूकेरियोट्स तक तस्वीर का विस्तार किया, जबकि भर्ती द्वारा विनियमन के सिद्धांत ने एक एकीकृत यांत्रिक विषय प्रदान किया।

Key figures

• François Jacob
• Jacques Monod
• Mark Ptashne

Seminal works

• jacob-monod-1961
• ptashne-1997

Frequently asked questions

यदि प्रत्येक कोशिका में समान जीन होते हैं तो जीन विनियमन क्यों आवश्यक है?

क्योंकि एक ही जीनोम को कई अलग-अलग कोशिका प्रकार उत्पन्न करने चाहिए और बदलती परिस्थितियों का जवाब देना चाहिए; विनियमन यह तय करता है कि प्रत्येक संदर्भ में कौन से जीन व्यक्त किए जाते हैं, और किस स्तर पर।

जीन अभिव्यक्ति को किन चरणों में नियंत्रित किया जा सकता है?

प्रतिलेखन पर, आरएनए प्रसंस्करण और मैसेंजर आरएनए स्थिरता के दौरान, अनुवाद पर, और प्रोटीन उत्पाद के अनुवाद-पश्चात संशोधन और क्षरण के माध्यम से।