माइटोकॉन्ड्रियल आनुवंशिकी और वंशागति

माइटोकॉन्ड्रियल आनुवंशिकी माइटोकॉन्ड्रिया (mtDNA) के भीतर निहित छोटे, गोलाकार जीनोम और इसके संचरण तथा अभिव्यक्ति के विशिष्ट नियमों का अध्ययन है। नाभिकीय जीनोम के विपरीत, mtDNA प्रति कोशिका में कई प्रतियों में मौजूद होता है, लगभग विशेष रूप से मातृ वंश के माध्यम से विरासत में मिलता है, और मेंडेलियन पृथक्करण का पालन नहीं करता है, जिससे वंशागति के पैटर्न और रोग तंत्र उत्पन्न होते हैं जो शास्त्रीय मेंडेलियन नियमों से बाहर होते हैं।

Definition

माइटोकॉन्ड्रियल आनुवंशिकी माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम की संरचना, संचरण, भिन्नता और रखरखाव से संबंधित है, जो एक मातृ-विरासत में मिला, बहु-प्रतिलिपि, अतिरिक्त-गुणसूत्र डीएनए है जिसकी कोशिकाओं के भीतर और बीच की आबादी माइटोकॉन्ड्रियल फेनोटाइप और रोग जोखिम को निर्धारित करती है।

Scope

यह क्षेत्र पाठक को मानव माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम और इसकी जीव विज्ञान से परिचित कराता है: mtDNA कैसे संरचित और व्यवस्थित होता है, यह माँ से संतान में कैसे पारित होता है, एक कोशिका सामान्य और उत्परिवर्ती अणुओं (विषमरूपता) का मिश्रण क्यों ले जा सकती है, mtDNA किस प्रकार के रोगजनक प्रकारों को जमा करता है, और जीनोम कैसे प्रतिकृत होता है और उसका टर्नओवर होता है। यह माइटोकॉन्ड्रियल वंशागति को मेंडेलियन वंशागति के साथ एक विपरीत, गैर-मेंडेलियन संचरण प्रणाली के रूप में स्थापित करता है। प्रत्येक विषय का विस्तृत कवरेज बाल विषयों में निहित है।

Sub-topics

• हेटेरोप्लास्मी
• माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए का मातृ वंशागति
• माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए प्रतिकृति और टर्नओवर
• माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए संरचना और संगठन
• माइटोकॉन्ड्रियल आनुवंशिक उत्परिवर्तन

Core questions

• माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम कैसे व्यवस्थित होता है और यह नाभिकीय जीनोम से कैसे भिन्न होता है?
• mtDNA मेंडेलियन नियमों के अनुसार क्यों नहीं, बल्कि मातृ रूप से क्यों विरासत में मिलता है?
• एक कोशिका में जंगली-प्रकार और उत्परिवर्ती mtDNA का मिश्रण कैसे होता है, और अनुपात क्या निर्धारित करता है?
• mtDNA को किस प्रकार के उत्परिवर्तन प्रभावित करते हैं और वे रोग कैसे उत्पन्न करते हैं?
• mtDNA को नाभिकीय कोशिका चक्र से स्वतंत्र रूप से कैसे कॉपी और डिग्रेड किया जाता है?

Key concepts

• माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए (mtDNA) एक बहु-प्रतिलिपि जीनोम के रूप में
• मातृ (एकल-पैतृक) वंशागति
• विषमरूपता और समरूपता
• जैव रासायनिक दोष के लिए थ्रेशोल्ड प्रभाव
• माइटोकॉन्ड्रियल आनुवंशिक बाधा
• कोशिका चक्र से स्वतंत्र शिथिल (माइटोटिक) प्रतिकृति
• माइटोकॉन्ड्रियल हैप्लोग्रुप

Mechanisms

मानव माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम लगभग 16.6 किलोबेस का एक सघन गोलाकार डीएनए है जो 13 श्वसन-श्रृंखला उप-इकाइयों, 22 tRNAs और 2 rRNAs को एन्कोड करता है, जिसे एंडरसन और सहयोगियों द्वारा 1981 में पूरी तरह से अनुक्रमित किया गया था। प्रत्येक कोशिका में सैकड़ों से हजारों mtDNA प्रतियां होती हैं, और ये अंडे के साइटोप्लाज्म के माध्यम से प्रेषित होती हैं, इसलिए संतान अपनी mtDNA माँ से प्राप्त करते हैं। क्योंकि प्रतियां पुत्री कोशिकाओं में समसूत्री विभाजन या अर्धसूत्रीविभाजन के व्यवस्थित यांत्रिकी के बिना वितरित की जाती हैं, एक कोशिका में केवल एक अनुक्रम (समरूपता) या प्रकारों का मिश्रण (विषमरूपता) हो सकता है; एक जैव रासायनिक और नैदानिक फेनोटाइप प्रकट होने से पहले एक रोगजनक प्रकार का अनुपात आमतौर पर एक सीमा से अधिक होना चाहिए। प्रतिकृति और क्षरण कोशिका चक्र के दौरान होता है बजाय इसके कि यह S चरण तक सीमित हो, और अंडजनन के दौरान एक विकासात्मक बाधा पीढ़ियों के बीच प्रकार के अनुपात को तेजी से बदल सकती है।

Clinical relevance

माइटोकॉन्ड्रियल आनुवंशिकी विकारों के एक चिकित्सकीय रूप से महत्वपूर्ण समूह की व्याख्या करती है जो मुख्य रूप से उच्च ऊर्जा मांग वाले ऊतकों, जैसे कि मांसपेशी, मस्तिष्क, हृदय और ऑप्टिक तंत्रिका को प्रभावित करते हैं, और यह बताता है कि ऐसी स्थितियां एक प्रभावित माँ से उसके सभी बच्चों में क्यों जा सकती हैं फिर भी गंभीरता में व्यापक रूप से भिन्न होती हैं। मातृ संचरण, विषमरूपता और थ्रेशोल्ड प्रभाव को समझना चिकित्सकों और परिवारों को पुनरावृत्ति और परिवर्तनशीलता की व्याख्या करने में मदद करता है। यह प्रविष्टि वंशागति तंत्र पर शैक्षिक पृष्ठभूमि है और व्यक्तिगत निदान, परामर्श या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

Epidemiology

रोगजनक mtDNA प्रकार विरासत में मिली चयापचय संबंधी बीमारियों का एक मान्यता प्राप्त कारण हैं; समीक्षाओं में संक्षेपित जनसंख्या अध्ययन अनुमान लगाते हैं कि माइटोकॉन्ड्रियल विकार, नाभिकीय-एन्कोडेड माइटोकॉन्ड्रियल रोग के साथ मिलकर, लगभग 5,000 लोगों में से 1 को प्रभावित करते हैं, जिससे वे अधिक सामान्य विरासत में मिली चयापचय संबंधी स्थितियों में से एक बन जाते हैं, हालांकि सटीक आंकड़े निर्धारण के अनुसार भिन्न होते हैं।

History

माइटोकॉन्ड्रियल आनुवंशिकी तब उभरी जब मानव माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम को 1981 में पूरी तरह से अनुक्रमित किया गया, जिससे इसकी सघन संरचना और थोड़ा भिन्न आनुवंशिक कोड का पता चला। यह प्रदर्शन कि मानव mtDNA मातृ-विरासत में मिला है (गाइल्स और सहयोगियों, 1980) ने इसके गैर-मेंडेलियन संचरण को स्थापित किया। 1980 के दशक के अंत में रोगजनक mtDNA विलोपन और बिंदु उत्परिवर्तन की खोज ने जीनोम को सीधे मानव रोग से जोड़ा, और बाद के दशकों ने विषमरूपता, थ्रेशोल्ड प्रभाव और आनुवंशिक बाधा को उस ढांचे के रूप में स्पष्ट किया जिसका उपयोग अब माइटोकॉन्ड्रियल वंशागति को समझने के लिए किया जाता है।

Key figures

• Douglas C. Wallace
• Frederick Sanger
• Salvatore DiMauro
• Eric A. Schon
• Douglass M. Turnbull

Seminal works

• anderson-1981
• giles-1980
• wallace-1999

Frequently asked questions

माइटोकॉन्ड्रियल वंशागति मेंडेलियन वंशागति से कैसे भिन्न है?

मेंडेलियन वंशागति नाभिकीय जीनों का अनुसरण करती है जो दोनों माता-पिता से समान रूप से आते हैं और अनुमानित रूप से अलग होते हैं। माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए लगभग पूरी तरह से माँ से विरासत में मिलता है, प्रति कोशिका में कई प्रतियों में मौजूद होता है, और मेंडेलियन तरीके से अलग नहीं होता है, इसलिए इसका संचरण और संबंधित लक्षणों की गंभीरता कम अनुमानित होती है।

क्या हर कोई अपनी माँ से माइटोकॉन्ड्रिया प्राप्त करता है?

मनुष्यों में, mtDNA अंडे के माध्यम से प्रेषित होता है, इसलिए सामान्य परिस्थितियों में संतान अपनी माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम माँ से प्राप्त करते हैं; पैतृक योगदान सामान्य रूप से समाप्त हो जाता है और कोई भी अपवाद दुर्लभ होते हैं।