पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स समूह प्रोटीन

पॉलीकॉम्ब समूह (PcG) और ट्राइथोरेक्स समूह (TrxG) प्रोटीन क्रोमेटिन नियामकों की दो विरोधी प्रणालियाँ हैं जो क्रमशः वंशानुगत रूप से दमित और सक्रिय जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं को बनाए रखती हैं। ड्रोसोफिला में होमियोटिक (Hox) जीन पैटर्न के अनुरक्षक के रूप में आनुवंशिक रूप से परिभाषित, वे कोशिकीय स्मृति की आद्य आणविक मशीनरी हैं, जो कई कोशिका विभाजनों में विकासात्मक निर्णयों को स्थिर रखती हैं।

Definition

पॉलीकॉम्ब समूह प्रोटीन क्रोमेटिन कॉम्प्लेक्स (विशेष रूप से PRC1 और PRC2) हैं जो वंशानुगत प्रतिलेखन दमन को स्थापित और बनाए रखते हैं, जबकि ट्राइथोरेक्स समूह प्रोटीन प्रतिरोधी कॉम्प्लेक्स हैं जो वंशानुगत प्रतिलेखन गतिविधि को बनाए रखते हैं; साथ में वे विकास के दौरान निर्धारित जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं को संरक्षित करते हैं।

Scope

यह विषय बताता है कि PcG और TrxG कॉम्प्लेक्स क्या हैं, वे कौन से हिस्टोन चिह्न जमा करते और पढ़ते हैं, वे कैसे आत्म-प्रबलित दमनकारी और सक्रिय अवस्थाएँ बनाते हैं, और उन्हें बहुकोशिकीय विकास के मूल स्मृति तंत्र क्यों माना जाता है। यह इन प्रोटीनों को आणविक और विकासात्मक जीव विज्ञान के रूप में मानता है, न कि नैदानिक या चिकित्सीय मार्गदर्शन के रूप में।

Core questions

• PRC1 और PRC2 एक दमित क्रोमेटिन अवस्था को कैसे स्थापित और प्रसारित करते हैं?
• ट्राइथोरेक्स-समूह कॉम्प्लेक्स सक्रिय अवस्थाओं को बनाए रखने के लिए पॉलीकॉम्ब का मुकाबला कैसे करते हैं?
• इन प्रणालियों को विकासात्मक स्मृति का आणविक आधार क्यों माना जाता है?
• दमन और सक्रियण के बीच संतुलन को स्थिर और फिर भी परिवर्तनीय कैसे रखा जाता है?

Key concepts

• पॉलीकॉम्ब दमनकारी कॉम्प्लेक्स PRC1 और PRC2
• H3K27 ट्राइमिथाइलेशन (H3K27me3)
• PRC1 द्वारा H2A यूबिक्विटिनेशन
• ट्राइथोरेक्स-समूह कॉम्प्लेक्स और H3K4 मिथाइलेशन
• पॉलीकॉम्ब प्रतिक्रिया तत्व (ड्रोसोफिला में)
• होमियोटिक (Hox) जीन रखरखाव
• द्विस्थिर दमित बनाम सक्रिय अवस्थाएँ

Key theories

H3K27me3 का PRC2 रीड-राइट प्रसार

PRC2 हिस्टोन H3 को लाइसिन 27 पर ट्राइमिथाइलेट करता है और इसके EED सबयूनिट के माध्यम से उसी चिह्न द्वारा एलोस्टेरिक रूप से उत्तेजित होता है, जिससे एक रीड-राइट लूप बनता है जो दमनकारी H3K27me3 अवस्था को क्रोमेटिन के साथ फैलने और प्रतिकृति के बाद बहाल होने देता है - वंशानुगत पॉलीकॉम्ब साइलेंसिंग के लिए एक प्रस्तावित आधार।

Mechanisms

PcG साइलेंसिंग में दो कॉम्प्लेक्स शामिल हैं: PRC2 H3K27me3 जमा करता है, और PRC1 पॉलीकॉम्ब क्रोमेटिन को पहचानता है और न्यूक्लियोसोम को संकुचित करते हुए हिस्टोन H2A को मोनोयूबिक्विटिनेट करता है। क्योंकि PRC2 अपने EED सबयूनिट के माध्यम से H3K27me3 द्वारा एलोस्टेरिक रूप से सक्रिय होता है, यह चिह्न सिस में फैल सकता है और प्रतिकृति के बाद नए जमा हुए हिस्टोन पर फिर से स्थापित हो सकता है, जो वंशानुगत दमन का समर्थन करता है। ट्राइथोरेक्स-समूह कॉम्प्लेक्स H3K4 को मिथाइलेट करके और उन्हीं लक्ष्य जीनों पर सुलभ, सक्रिय क्रोमेटिन को बनाए रखकर इसका विरोध करते हैं। दोनों प्रणालियों के बीच का विरोध, जो अक्सर परिभाषित नियामक तत्वों पर आधारित होता है, आत्म-प्रबलित दमित या सक्रिय अवस्थाएँ बनाता है जो कोशिका विभाजन के माध्यम से बनी रहती हैं और विकासात्मक जीन पैटर्न की स्मृति को परिभाषित करती हैं।

Clinical relevance

पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स घटक बार-बार कैंसर और विकासात्मक सिंड्रोम में परिवर्तित पाए जाते हैं, यही कारण है कि उनका सामान्य तर्क मूलभूत आनुवंशिकी शिक्षा का हिस्सा है; PRC2 घटक भी अन्वेषणात्मक उपचारों के लक्ष्य हैं। यह प्रविष्टि उनकी जीव विज्ञान की व्याख्या करती है और उपचार सिफारिशों का स्रोत नहीं है।

History

पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स जीन की पहचान ड्रोसोफिला आनुवंशिकी के माध्यम से होमियोटिक जीन अभिव्यक्ति के अनुरक्षक के रूप में की गई थी: पॉलीकॉम्ब उत्परिवर्तन दमन के नुकसान से पश्च परिवर्तन का कारण बनते हैं, और ट्राइथोरेक्स उत्परिवर्तन सक्रियण के नुकसान से विपरीत का कारण बनते हैं। बाद में इन प्रणालियों को क्रोमेटिन के माध्यम से कार्य करते हुए दिखाया गया, जिसमें PRC2 की H3K27 मिथाइलट्रांसफरेज गतिविधि और इसके EED सबयूनिट की रीड-राइट भूमिका ने स्पष्ट किया कि पॉलीकॉम्ब दमन कैसे फैलता है, और समानांतर कार्य ने ट्राइथोरेक्स H3K4 मिथाइलेशन मशीनरी को परिभाषित किया।

Debates

स्तनधारियों में पॉलीकॉम्ब को उसके लक्ष्यों तक कैसे भर्ती किया जाता है?

ड्रोसोफिला में, परिभाषित पॉलीकॉम्ब प्रतिक्रिया तत्व कॉम्प्लेक्स को भर्ती करते हैं, लेकिन स्तनधारी लक्ष्यीकरण कम स्पष्ट है और इसे अविभाजित CpG द्वीपों, प्रतिलेखन कारकों और RNA के लिए परिवर्तनशील रूप से जिम्मेदार ठहराया जाता है, जिससे भर्ती तर्क एक सक्रिय प्रश्न बना हुआ है।

Key figures

• Renato Paro
• Danny Reinberg
• Raphael Margueron
• Edith Heard
• Vincenzo Pirrotta

Seminal works

• margueron-reinberg-2011
• grossniklaus-paro-2014
• kouzarides-2007

Frequently asked questions

पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स प्रोटीन में क्या अंतर है?

पॉलीकॉम्ब समूह प्रोटीन जीनों को एक स्थिर दमित अवस्था में बनाए रखते हैं, जबकि ट्राइथोरेक्स समूह प्रोटीन विरोधी सक्रिय अवस्था को बनाए रखते हैं; साथ में वे कोशिका विभाजनों में विकासात्मक जीन-अभिव्यक्ति निर्णयों को स्थिर रखते हैं।

H3K27me3 चिह्न स्मृति के लिए क्यों महत्वपूर्ण है?

PRC2 H3K27me3 दोनों को लिखता है और इससे उत्तेजित होता है, इसलिए दमनकारी चिह्न फैल सकता है और DNA प्रतिकृति के बाद बहाल हो सकता है, जिससे एक शांत अवस्था को संतति कोशिकाओं द्वारा विरासत में प्राप्त किया जा सकता है।