माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए प्रतिकृति और टर्नओवर

माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए की प्रतिलिपि और क्षरण लगातार होता रहता है, जो नाभिकीय कोशिका चक्र से स्वतंत्र होता है, और यह माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइमों के एक समर्पित समूह द्वारा किया जाता है। यह शिथिल, निरंतर प्रतिकृति और टर्नओवर कोशिका के mtDNA प्रतिलिपि संख्या को बनाए रखता है और यही कारण है कि उत्परिवर्ती और जंगली-प्रकार के जीनोम समय के साथ अनुपात में बदल सकते हैं, भले ही कोशिकाएं विभाजित न हो रही हों।

Definition

माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए प्रतिकृति और टर्नओवर mtDNA की निरंतर, कोशिका-चक्र-स्वतंत्र प्रतिलिपि और क्षरण है, जो माइटोकॉन्ड्रियल प्रतिकृति और रखरखाव प्रोटीन द्वारा किया जाता है, जो प्रति कोशिका mtDNA अणुओं की संख्या को बनाए रखता है और विनियमित करता है।

Scope

यह विषय बताता है कि माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम की प्रतिकृति और रखरखाव कैसे होता है: प्रतिकृति उत्पत्ति और प्रमोटरों के स्थल के रूप में नियंत्रण क्षेत्र, मुख्य प्रतिकृति मशीनरी (mtDNA पॉलीमरेज़, हेलिकेज़, और एकल-स्ट्रैंड बाइंडिंग प्रोटीन), कोशिका चक्र से असंबंधित शिथिल प्रतिकृति की अवधारणा, और प्रतिलिपि संख्या को विनियमित करने वाला निरंतर टर्नओवर। इसमें जीनोम की जीन सामग्री (एक संबंधित संरचना विषय) या बीमारी के रूप में प्रतिकृति त्रुटियों के परिणाम (एक उत्परिवर्तन विषय) शामिल नहीं हैं, सिवाय इसके कि संक्षेप में उल्लेख किया गया हो।

Core questions

• माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए की प्रतिकृति कैसे होती है, और प्रतिकृति और प्रतिलेखन कहाँ से शुरू होते हैं?
• माइटोकॉन्ड्रियल प्रतिकृति मशीनरी में कौन से प्रोटीन शामिल होते हैं?
• 'शिथिल' प्रतिकृति का क्या अर्थ है और यह नाभिकीय डीएनए प्रतिकृति से कैसे भिन्न है?
• निरंतर टर्नओवर के माध्यम से mtDNA प्रतिलिपि संख्या कैसे बनाए रखी जाती है?
• कोशिका-चक्र-स्वतंत्र प्रतिकृति हेटेरोप्लाज्मी को समय के साथ बदलने की अनुमति क्यों देती है?

Key concepts

• नियंत्रण क्षेत्र (डी-लूप) उत्पत्ति और प्रमोटर
• शिथिल प्रतिकृति, कोशिका चक्र से असंबंधित
• माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए पॉलीमरेज़ गामा (POLG)
• TWINKLE हेलिकेज़ और माइटोकॉन्ड्रियल एकल-स्ट्रैंड बाइंडिंग प्रोटीन
• निरंतर संश्लेषण और क्षरण (टर्नओवर)
• mtDNA प्रतिलिपि-संख्या विनियमन
• जीनोम का प्रतिकृति अलगाव

Mechanisms

पशु mtDNA की प्रतिकृति गैर-कोडिंग नियंत्रण क्षेत्र में शुरू होती है और नाभिकीय प्रतिकृति उपकरण के बजाय एक छोटे समर्पित मशीनरी द्वारा संचालित होती है: माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए पॉलीमरेज़ गामा नए स्ट्रैंड्स का संश्लेषण करता है, एक हेलिकेज़ (TWINKLE) टेम्पलेट को खोलता है, और एक एकल-स्ट्रैंड बाइंडिंग प्रोटीन उजागर स्ट्रैंड को स्थिर करता है, जिसमें प्रतिलेखन प्राइमर प्रदान करता है (क्लेयटन, 1982; गुस्ताफसन और सहकर्मी, 2016)। पूर्ण मानव अनुक्रम (एंडरसन और सहकर्मी, 1981) ने नियंत्रण क्षेत्र और उसके नियामक तत्वों का पता लगाया। महत्वपूर्ण रूप से, mtDNA प्रतिकृति 'शिथिल' होती है, यह पूरे कोशिका चक्र के दौरान आगे बढ़ती है और गैर-विभाजित, पोस्ट-माइटोटिक कोशिकाओं में भी जारी रहती है, नाभिकीय डीएनए के विपरीत, जिसकी प्रतिलिपि प्रति एस चरण में एक बार होती है। अणु लगातार संश्लेषित और अवक्रमित होते हैं, और यह टर्नओवर प्रतिलिपि संख्या को एक विनियमित सीमा के भीतर रखता है। क्योंकि व्यक्तिगत अणुओं की प्रतिकृति और विभाजन कोशिका चक्र के सख्त बहीखाते के बिना होता है, इसलिए भिन्न और जंगली-प्रकार के जीनोम का सापेक्ष अनुपात बदल सकता है, जिससे हेटेरोप्लाज्मी समय के साथ बदल सकती है।

Clinical relevance

जो प्रोटीन mtDNA की प्रतिकृति और रखरखाव करते हैं, वे स्वयं नाभिक में एन्कोड होते हैं, और इस मशीनरी में दोष माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम की अखंडता या मात्रा से समझौता कर सकते हैं, जिससे नाभिकीय आनुवंशिकी माइटोकॉन्ड्रियल कार्य से जुड़ जाती है। शिथिल प्रतिकृति और टर्नओवर को समझना यह भी बताता है कि उत्परिवर्ती जीनोम का अनुपात जीवनकाल में ऊतकों में कैसे बदल सकता है। यह प्रविष्टि जीनोम रखरखाव पर शैक्षिक पृष्ठभूमि है और नैदानिक या चिकित्सीय मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

History

पशु mtDNA प्रतिकृति की क्रियाविधि को मुख्य रूप से 1970 के दशक से डेविड क्लेयटन और उनके सहकर्मियों के काम के माध्यम से चित्रित किया गया था, जिन्होंने नियंत्रण-क्षेत्र की उत्पत्ति का मानचित्रण किया और विस्थापन लूप पर शुरू होने वाली प्रतिकृति का वर्णन किया, जिसका सारांश उनके 1982 के पुनरावलोकन में दिया गया है। 1981 में पूर्ण मानव अनुक्रम ने इन नियामक तत्वों को मानचित्र पर रखा। बाद के आणविक कार्य ने मुख्य रखरखाव प्रोटीन, पॉलीमरेज़ गामा, TWINKLE हेलिकेज़, और माइटोकॉन्ड्रियल एकल-स्ट्रैंड बाइंडिंग प्रोटीन की पहचान की, और आधुनिक समीक्षाओं में संश्लेषित के रूप में प्रतिलिपि संख्या और टर्नओवर को कैसे विनियमित किया जाता है, इसे परिष्कृत किया।

Key figures

• David A. Clayton
• Nils-Göran Larsson
• Maria Falkenberg
• Claes M. Gustafsson

Seminal works

• clayton-1982
• anderson-1981

Frequently asked questions

क्या माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए की प्रतिलिपि केवल तभी होती है जब कोई कोशिका विभाजित होती है?

नहीं। नाभिकीय डीएनए के विपरीत, mtDNA की प्रतिकृति लगातार और कोशिका चक्र से स्वतंत्र रूप से होती है, इसलिए इसकी प्रतिलिपि और क्षरण तंत्रिका कोशिकाओं और मांसपेशी फाइबर जैसी गैर-विभाजित कोशिकाओं में भी होता है।

कौन सा एंजाइम माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए की प्रतिलिपि बनाता है?

समर्पित माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए पॉलीमरेज़ गामा नए mtDNA स्ट्रैंड्स का संश्लेषण करता है, जो एक हेलिकेज़ के साथ काम करता है जो टेम्पलेट को खोलता है और एक एकल-स्ट्रैंड बाइंडिंग प्रोटीन, ये सभी नाभिकीय जीनों द्वारा एन्कोड होते हैं और माइटोकॉन्ड्रिया में आयात किए जाते हैं।