जीन संरचना, कार्य और संगठन

यह क्षेत्र बताता है कि एक जीन कैसे बनता है और उसकी वास्तुकला उसके कार्य को कैसे निर्धारित करती है। एक यूकेरियोटिक जीन एक एकल अबाधित निर्देश नहीं है, बल्कि एक स्तरित संरचना है: कोडिंग खंड (एक्सॉन) इंट्रॉन द्वारा बाधित होते हैं, नियामक अनुक्रमों द्वारा घिरे और पिरोए जाते हैं, और क्रोमेटिन में अंतर्निहित होते हैं जो यह तय करता है कि जीन कब पढ़ा जाएगा। इस संगठन को समझना यह व्याख्या करने का आधार है कि आनुवंशिक भिन्नता स्वास्थ्य और रोग में जीन के कार्य को कैसे बदलती है।

Definition

जीन संरचना, कार्य और संगठन जीनों की भौतिक वास्तुकला — उनके कोडिंग और गैर-कोडिंग खंड, नियामक अनुक्रम और क्रोमेटिन संदर्भ — और यह वास्तुकला कैसे निर्धारित करती है कि जीन का उत्पाद कब, कैसे और कितनी मात्रा में बनता है, इसका अध्ययन है।

Scope

यह क्षेत्र पाठक को पाँच संबंधित विषयों से परिचित कराता है: जीनों की आंतरिक संरचना (एक्सॉन, इंट्रॉन, और वे जो स्प्लिस वेरिएंट उत्पन्न करते हैं); प्रोटीन-कोडिंग और गैर-कोडिंग जीनों के बीच का अंतर; सिस-नियामक तत्व जैसे प्रमोटर और एन्हान्सर; जीन अभिव्यक्ति का विनियमन और क्रोमेटिन अवस्थाएँ जो इसे नियंत्रित करती हैं; और जीन खुराक में संरचनात्मक परिवर्तन के रूप में कॉपी संख्या भिन्नता। यह जीन संरचना को जीनोमिक्स के भीतर एक संदर्भ और शैक्षिक विषय के रूप में मानता है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन के रूप में।

Sub-topics

• सिस-रेगुलेटरी तत्व और एन्हान्सर
• कॉपी संख्या भिन्नता और जीन खुराक
• जीन की संरचना: एक्सॉन, इंट्रॉन और स्प्लिस वेरिएंट
• जीन अभिव्यक्ति विनियमन और क्रोमेटिन स्थिति
• प्रोटीन-कूटलेखन और गैर-कूटलेखन जीन

Core questions

• एक यूकेरियोटिक जीन के संरचनात्मक घटक क्या हैं और वे कार्य से कैसे संबंधित हैं?
• एक्सॉन-इंट्रॉन संगठन और वैकल्पिक स्प्लिसिंग एक एकल जीन के उत्पादन को कैसे बढ़ाते हैं?
• कौन से जीन प्रोटीन को एन्कोड करते हैं और कौन से कार्यात्मक गैर-कोडिंग आरएनए के रूप में कार्य करते हैं?
• सिस-नियामक तत्व और क्रोमेटिन अवस्था कब और कहाँ एक जीन व्यक्त होता है, इसे कैसे नियंत्रित करते हैं?
• जीन खुराक में परिवर्तन, जैसे कॉपी संख्या भिन्नता, फेनोटाइप को कैसे बदलते हैं?

Key concepts

• एक्सॉन-इंट्रॉन जीन वास्तुकला
• वैकल्पिक स्प्लिसिंग
• प्रोटीन-कोडिंग बनाम गैर-कोडिंग जीन
• सिस-नियामक तत्व (प्रमोटर, एन्हान्सर)
• जीन अभिव्यक्ति विनियमन और क्रोमेटिन अवस्था
• कॉपी संख्या भिन्नता और जीन खुराक
• जीनोम एनोटेशन

Mechanisms

एक जीन का प्राथमिक प्रतिलेख (primary transcript) इंट्रॉन को हटाकर और एक्सॉन को जोड़कर परिपक्व आरएनए में संसाधित होता है; प्रोटीन-कोडिंग जीनों के लिए परिपक्व mRNA का फिर अनुवाद होता है, जबकि गैर-कोडिंग जीन सीधे कार्यात्मक आरएनए उत्पन्न करते हैं। क्या कोई जीन बिल्कुल प्रतिलेखित होता है, यह सिस-नियामक तत्वों पर निर्भर करता है — प्रमोटर जो प्रतिलेखन मशीनरी को स्थिति देते हैं और एन्हान्सर जो इसे बढ़ावा देते हैं — जो क्रोमेटिन के संदर्भ में पढ़े जाते हैं जो खुला या संकुचित हो सकता है। संरचनात्मक परिवर्तन जो एक लोकस को दोहराते या हटाते हैं, जीन खुराक को बदलते हैं, जिससे जीन कार्य में भिन्नता का चौथा अक्ष प्रदान होता है। इन तंत्रों का विवरण इस क्षेत्र के अंतर्गत आने वाले विषयों में दिया गया है।

Clinical relevance

यहां शामिल वास्तुकला यह बताती है कि आनुवंशिक वेरिएंट की चिकित्सा में कैसे व्याख्या की जाती है: एक वेरिएंट एक स्प्लिस साइट, एक नियामक तत्व, एक गैर-कोडिंग आरएनए, या एक जीन की कॉपी संख्या को बाधित कर सकता है, प्रत्येक के अलग-अलग कार्यात्मक परिणाम होते हैं। यह क्षेत्र संदर्भ और शिक्षा के लिए ऐसी व्याख्या का संरचनात्मक आधार बताता है और व्यक्तिगत निदान या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

जीन संरचना के लिए संदर्भ ढांचा बड़े जीनोम-एनोटेशन प्रयासों से आता है। मानव जीनोम परियोजना ने पहला व्यापक अनुक्रम और जीन सूची प्रदान की, और ENCODE परियोजना ने फिर जीनोम में कार्यात्मक तत्वों — प्रतिलेखित क्षेत्र, नियामक अनुक्रम और क्रोमेटिन विशेषताएँ — का मानचित्रण किया, जिससे उन कैटलॉगों की स्थापना हुई जिन पर इस क्षेत्र के विषय आधारित हैं।

History

1977 में यह खोज कि जीन विभाजित हो सकते हैं — कि कोडिंग अनुक्रम आरएनए प्रसंस्करण के दौरान हटाए गए इंट्रॉन द्वारा बाधित होते हैं — ने एक सतत जीन की धारणा को उलट दिया और जीन संरचना की अवधारणा को नया आकार दिया। बाद के मानव जीनोम परियोजना और ENCODE प्रयासों ने इस समझ को एकल जीनों से कोडिंग, गैर-कोडिंग और नियामक वास्तुकला के जीनोम-व्यापी मानचित्र तक विस्तारित किया।

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Susan Berget

Seminal works

• berget-1977
• ihgsc-2001
• encode-2012

Frequently asked questions

एक जीन केवल अपने प्रोटीन-कोडिंग अनुक्रम से अधिक क्यों होता है?

एक जीन में कोडिंग एक्सॉन के साथ-साथ इंट्रॉन, प्रमोटर और एन्हान्सर जैसे नियामक अनुक्रम, और क्रोमेटिन संदर्भ शामिल होते हैं जो इसकी गतिविधि को नियंत्रित करते हैं; ये गैर-कोडिंग भाग यह निर्धारित करते हैं कि जीन कब और कितनी मात्रा में व्यक्त होगा।

यह क्षेत्र क्या कवर नहीं करता है?

यह जीन वास्तुकला और कार्य का एक प्रारंभिक अवलोकन है; विस्तृत अनिवार्य बातें इसके विषय पृष्ठों में हैं, और यह नैदानिक सलाह के बजाय संदर्भ ज्ञान प्रदान करता है।