विकास में एपिजेनेटिक्स

जीन अभिव्यक्ति के वंशानुगत पैटर्न — जो डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन और क्रोमेटिन स्थिति द्वारा निर्धारित होते हैं — कैसे स्थापित और बनाए रखे जाते हैं, जैसे-जैसे कोशिकाएं अपनी पहचान बनाती और बनाए रखती हैं।

Definition

विकास में एपिजेनेटिक्स जीन अभिव्यक्ति में वंशानुगत परिवर्तनों का अध्ययन है जो डीएनए अनुक्रम को नहीं बदलते हैं — डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन और क्रोमेटिन संगठन द्वारा मध्यस्थता करते हैं — और जो कोशिका पहचान के अंतर्निहित जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं को स्थापित और बनाए रखते हैं।

Scope

यह विषय उन एपिजेनेटिक तंत्रों को शामिल करता है जो विकासात्मक जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं को स्थिर करते हैं: डीएनए मेथिलिकरण, हिस्टोन संशोधन, क्रोमेटिन रीमॉडलिंग, और कोशिका विभाजन के माध्यम से अभिव्यक्ति पैटर्न का रखरखाव। यह जीनोमिक इम्प्रिंटिंग, एक्स-क्रोमोसोम निष्क्रियता, और दमित और सक्रिय अवस्थाओं को बनाए रखने में पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स प्रणालियों की भूमिका, साथ ही जर्म लाइन और प्रारंभिक भ्रूण में एपिजेनेटिक रीप्रोग्रामिंग को संबोधित करता है।

Core questions

• कोशिका-प्रकार-विशिष्ट जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं को कोशिका विभाजनों में वंशानुगत कैसे बनाया जाता है?
• डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधन जीनों को सक्रिय या मौन के रूप में कैसे चिह्नित करते हैं?
• इम्प्रिंटिंग और एक्स-निष्क्रियता जैसी घटनाएँ एपिजेनेटिक रूप से कैसे उत्पन्न होती हैं?
• जर्म लाइन और प्रारंभिक भ्रूण में एपिजेनोम को कैसे रीप्रोग्राम किया जाता है?

Key concepts

• डीएनए मेथिलिकरण
• हिस्टोन संशोधन और क्रोमेटिन रीमॉडलिंग
• पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स रखरखाव प्रणालियाँ
• जीनोमिक इम्प्रिंटिंग और एक्स-क्रोमोसोम निष्क्रियता
• जर्म लाइन में एपिजेनेटिक रीप्रोग्रामिंग

Key theories

क्रोमेटिन अवस्थाओं के माध्यम से कोशिकीय स्मृति

एक बार जब एक जीन-अभिव्यक्ति कार्यक्रम स्थापित हो जाता है, तो पॉलीकॉम्ब और ट्राइथोरेक्स प्रणालियों द्वारा बनाए गए क्रोमेटिन-आधारित निशान विभाजन के माध्यम से दमित और सक्रिय अवस्थाओं को संरक्षित करते हैं, एक कोशिकीय स्मृति प्रदान करते हैं जो आगे के निर्देश के बिना एक कोशिका की पहचान को स्थिर रखती है।

Mechanisms

विकासात्मक जीन-अभिव्यक्ति अवस्थाओं को डीएनए और क्रोमेटिन में संशोधनों द्वारा प्रबलित किया जाता है। डीएनए मेथिलिकरण सामान्यतः स्थिर साइलेंसिंग के लिए जीनों को चिह्नित करता है, जबकि हिस्टोन संशोधनों के संयोजन जीनों को सक्रिय या दमित के रूप में लेबल करते हैं और उन अवस्थाओं को बनाए रखने वाली मशीनरी को भर्ती करते हैं। पॉलीकॉम्ब-समूह प्रोटीन विकासात्मक जीनों को दमित रखते हैं और ट्राइथोरेक्स-समूह प्रोटीन उन्हें सक्रिय रखते हैं, और दोनों प्रणालियाँ कोशिका विभाजन के माध्यम से अपने निशानों को प्रसारित करती हैं ताकि कोशिकीय स्मृति प्रदान की जा सके। विशेष एपिजेनेटिक प्रक्रियाएं माता-पिता-विशिष्ट अभिव्यक्ति (जीनोमिक इम्प्रिंटिंग) स्थापित करती हैं और मादाओं में एक एक्स क्रोमोसोम को निष्क्रिय करती हैं (एक्स-क्रोमोसोम निष्क्रियता)। जर्म लाइन और प्रारंभिक भ्रूण में, अधिकांश एपिजेनोम को मिटा दिया जाता है और फिर से स्थापित किया जाता है, जिससे पीढ़ियों के बीच विकासात्मक क्षमता रीसेट हो जाती है।

Clinical relevance

बाधित एपिजेनेटिक विनियमन इम्प्रिंटिंग विकारों का आधार है और कैंसर तथा अन्य बीमारियों में योगदान देता है, और एपिजेनेटिक रीप्रोग्रामिंग स्टेम-सेल और क्लोनिंग प्रौद्योगिकियों के लिए केंद्रीय है। यह प्रविष्टि शैक्षिक है और नैदानिक मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

History

वैडिंगटन ने एपिजेनेटिक्स शब्द गढ़ा था ताकि यह वर्णन किया जा सके कि जीन विकसित जीव को कैसे जन्म देते हैं। एक्स-क्रोमोसोम निष्क्रियता की खोज और, बाद में, डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन निशानों के आणविक लक्षण वर्णन ने इस क्षेत्र को इसकी यांत्रिक नींव दी।

Key figures

• Conrad Waddington
• Mary Lyon

Seminal works

• gilbert2016
• wolpert2015

Frequently asked questions

विकास में एपिजेनेटिक का क्या अर्थ है?

यह जीन में वंशानुगत परिवर्तनों को संदर्भित करता है जो डीएनए अनुक्रम को बदले बिना चालू या बंद होते हैं, जो डीएनए पर रासायनिक निशानों और इसे पैक करने वाले प्रोटीन के माध्यम से प्राप्त होते हैं।

कोशिकाएं अपनी पहचान कैसे याद रखती हैं?

कोशिका विभाजन के माध्यम से बनाए गए क्रोमेटिन-आधारित निशान एक कोशिकीय स्मृति के रूप में कार्य करते हैं, सही जीनों को चालू या बंद रखते हैं ताकि एक कोशिका और उसके वंशज अपनी स्थापित पहचान बनाए रखें।