एपिजेनेटिक संशोधन. एपिजेनेटिक्स: डीएनए में बदलाव किए बिना उत्परिवर्तन

एपिजेनेटिक्स जैविक विज्ञान की एक अपेक्षाकृत हालिया शाखा है और इसे अभी तक आनुवंशिकी के रूप में व्यापक रूप से नहीं जाना जाता है। इसे आनुवंशिकी की एक शाखा के रूप में समझा जाता है जो किसी जीव के विकास या कोशिका विभाजन के दौरान जीन गतिविधि में वंशानुगत परिवर्तनों का अध्ययन करती है।

डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम की पुनर्व्यवस्था के साथ एपिजेनेटिक परिवर्तन नहीं होते हैं।

शरीर में, जीनोम में ही विभिन्न नियामक तत्व होते हैं जो आंतरिक और बाहरी कारकों के आधार पर जीन के कामकाज को नियंत्रित करते हैं। लंबे समय तक, एपिजेनेटिक्स को मान्यता नहीं दी गई थी क्योंकि एपिजेनेटिक संकेतों की प्रकृति और उनके कार्यान्वयन के तंत्र के बारे में बहुत कम जानकारी थी।

मानव जीनोम की संरचना

2002 में, विभिन्न देशों के बड़ी संख्या में वैज्ञानिकों के कई वर्षों के प्रयासों के परिणामस्वरूप, मानव वंशानुगत तंत्र की संरचना का गूढ़ रहस्य, जो मुख्य डीएनए अणु में निहित है, पूरा हो गया। यह 21वीं सदी की शुरुआत में जीव विज्ञान की उत्कृष्ट उपलब्धियों में से एक है।

डीएनए, जिसमें किसी जीव के बारे में सभी वंशानुगत जानकारी होती है, जीनोम कहलाता है। जीन अलग-अलग क्षेत्र हैं जो जीनोम के एक बहुत छोटे हिस्से पर कब्जा करते हैं, लेकिन साथ ही इसका आधार भी बनाते हैं। प्रत्येक जीन मानव शरीर में राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरएनए) और प्रोटीन की संरचना के बारे में डेटा प्रसारित करने के लिए जिम्मेदार है। वंशानुगत जानकारी संप्रेषित करने वाली संरचनाओं को कोडिंग अनुक्रम कहा जाता है। जीनोम प्रोजेक्ट ने डेटा तैयार किया जिसमें अनुमान लगाया गया कि मानव जीनोम में 30,000 से अधिक जीन शामिल हैं। वर्तमान में, नए मास स्पेक्ट्रोमेट्री परिणामों के उद्भव के कारण, जीनोम में लगभग 19,000 जीन होने का अनुमान है।

प्रत्येक व्यक्ति की आनुवंशिक जानकारी कोशिका नाभिक में निहित होती है और क्रोमोसोम नामक विशेष संरचनाओं में स्थित होती है। प्रत्येक दैहिक कोशिका में (द्विगुणित) गुणसूत्रों के दो पूर्ण सेट होते हैं। प्रत्येक एकल सेट (अगुणित) में 23 गुणसूत्र होते हैं - 22 सामान्य (ऑटोसोम) और प्रत्येक में एक लिंग गुणसूत्र - एक्स या वाई।

प्रत्येक मानव कोशिका के सभी गुणसूत्रों में मौजूद डीएनए अणु, दो बहुलक श्रृंखलाएं हैं जो एक नियमित डबल हेलिक्स में मुड़ी हुई हैं।

दोनों श्रृंखलाएँ चार आधारों द्वारा एक साथ जुड़ी हुई हैं: एडेनिन (ए), साइटोसिन (सी), गुआनिन (जी) और थायमिन (टी)। इसके अलावा, एक श्रृंखला पर आधार A केवल दूसरी श्रृंखला पर आधार T से जुड़ सकता है, और इसी तरह, आधार G आधार C से जुड़ सकता है। इसे आधार युग्मन का सिद्धांत कहा जाता है। अन्य प्रकारों में, युग्मन डीएनए की संपूर्ण अखंडता को बाधित करता है।

डीएनए विशेष प्रोटीन के साथ एक अंतरंग परिसर में मौजूद होता है, और साथ में वे क्रोमैटिन बनाते हैं।

हिस्टोन न्यूक्लियोप्रोटीन हैं जो क्रोमैटिन के मुख्य घटक हैं। उन्हें दो संरचनात्मक तत्वों को एक कॉम्प्लेक्स (डिमर) में जोड़कर नए पदार्थों के निर्माण की विशेषता है, जो बाद के एपिजेनेटिक संशोधन और विनियमन के लिए एक विशेषता है।

डीएनए, जो आनुवंशिक जानकारी संग्रहीत करता है, प्रत्येक कोशिका विभाजन के साथ स्व-पुनरुत्पादन (दोगुना) करता है, अर्थात, यह स्वयं की सटीक प्रतियां (प्रतिकृति) बनाता है। कोशिका विभाजन के दौरान, डीएनए डबल हेलिक्स के दो स्ट्रैंड के बीच के बंधन टूट जाते हैं और हेलिक्स के स्ट्रैंड अलग हो जाते हैं। फिर उनमें से प्रत्येक पर डीएनए का एक बेटी स्ट्रैंड बनाया जाता है। परिणामस्वरूप, डीएनए अणु दोगुना हो जाता है और पुत्री कोशिकाएं बनती हैं।

डीएनए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है जिस पर विभिन्न आरएनए का संश्लेषण (प्रतिलेखन) होता है। यह प्रक्रिया (प्रतिकृति और प्रतिलेखन) कोशिका नाभिक में होती है और प्रमोटर नामक जीन के एक क्षेत्र से शुरू होती है, जहां प्रोटीन कॉम्प्लेक्स मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए) बनाने के लिए डीएनए की प्रतिलिपि बनाने के लिए बाध्य होते हैं।

बदले में, उत्तरार्द्ध न केवल डीएनए जानकारी के वाहक के रूप में कार्य करता है, बल्कि राइबोसोम (अनुवाद प्रक्रिया) पर प्रोटीन अणुओं के संश्लेषण के लिए इस जानकारी के वाहक के रूप में भी कार्य करता है।

वर्तमान में यह ज्ञात है कि मानव जीन (एक्सॉन) के प्रोटीन-कोडिंग क्षेत्र जीनोम के केवल 1.5% पर कब्जा करते हैं। अधिकांश जीनोम जीन से संबंधित नहीं हैं और सूचना हस्तांतरण के मामले में निष्क्रिय हैं। पहचाने गए जीन क्षेत्र जो प्रोटीन के लिए कोड नहीं करते हैं उन्हें इंट्रॉन कहा जाता है।

डीएनए से निर्मित एमआरएनए की पहली प्रति में एक्सॉन और इंट्रॉन का पूरा सेट शामिल होता है। इसके बाद, विशेष प्रोटीन कॉम्प्लेक्स सभी इंट्रॉन अनुक्रमों को हटा देते हैं और एक्सॉन को एक साथ जोड़ते हैं। इस संपादन प्रक्रिया को स्प्लिसिंग कहा जाता है।

एपिजेनेटिक्स एक तंत्र की व्याख्या करता है जिसके द्वारा एक कोशिका पहले यह निर्धारित करके उत्पादित प्रोटीन के संश्लेषण को नियंत्रित करने में सक्षम होती है कि डीएनए से एमआरएनए की कितनी प्रतियां बनाई जा सकती हैं।

तो, जीनोम डीएनए का एक जमे हुए टुकड़ा नहीं है, बल्कि एक गतिशील संरचना है, जानकारी का भंडार है जिसे केवल जीन तक सीमित नहीं किया जा सकता है।

व्यक्तिगत कोशिकाओं और संपूर्ण जीव का विकास और कामकाज स्वचालित रूप से एक जीनोम में प्रोग्राम नहीं किया जाता है, बल्कि कई अलग-अलग आंतरिक और बाहरी कारकों पर निर्भर करता है। जैसे-जैसे ज्ञान एकत्रित होता है, यह स्पष्ट हो जाता है कि जीनोम में ही कई नियामक तत्व होते हैं जो जीन के कामकाज को नियंत्रित करते हैं। अब जानवरों पर किए गए कई प्रायोगिक अध्ययनों से इसकी पुष्टि हो गई है।

माइटोसिस के दौरान विभाजित होने पर, बेटी कोशिकाएं अपने माता-पिता से न केवल सभी जीनों की एक नई प्रति के रूप में प्रत्यक्ष आनुवंशिक जानकारी प्राप्त कर सकती हैं, बल्कि उनकी गतिविधि का एक निश्चित स्तर भी प्राप्त कर सकती हैं। आनुवंशिक जानकारी के इस प्रकार के वंशानुक्रम को एपिजेनेटिक वंशानुक्रम कहा जाता है।

जीन विनियमन के एपिजेनेटिक तंत्र

एपिजेनेटिक्स का विषय जीन गतिविधि की विरासत का अध्ययन है जो उनके डीएनए की प्राथमिक संरचना में परिवर्तन से जुड़ा नहीं है। एपिजेनेटिक परिवर्तनों का उद्देश्य शरीर को उसके अस्तित्व की बदलती परिस्थितियों के अनुकूल बनाना है।

शब्द "एपिजेनेटिक्स" पहली बार 1942 में अंग्रेजी आनुवंशिकीविद् वाडिंगटन द्वारा प्रस्तावित किया गया था। वंशानुक्रम के आनुवंशिक और एपिजेनेटिक तंत्र के बीच का अंतर प्रभावों की स्थिरता और पुनरुत्पादकता में निहित है।

आनुवंशिक लक्षण अनिश्चित काल तक स्थिर रहते हैं जब तक कि किसी जीन में उत्परिवर्तन न हो जाए। एपिजेनेटिक संशोधन आमतौर पर किसी जीव की एक पीढ़ी के जीवनकाल के भीतर कोशिकाओं में परिलक्षित होते हैं। जब ये परिवर्तन अगली पीढ़ियों तक पारित हो जाते हैं, तो उन्हें 3-4 पीढ़ियों में पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है, और फिर, यदि उत्तेजक कारक गायब हो जाता है, तो ये परिवर्तन गायब हो जाते हैं।

एपिजेनेटिक्स के आणविक आधार को आनुवंशिक तंत्र के संशोधन की विशेषता है, यानी जीन की सक्रियता और दमन जो डीएनए न्यूक्लियोटाइड के प्राथमिक अनुक्रम को प्रभावित नहीं करते हैं।

जीन का एपिजेनेटिक विनियमन प्रतिलेखन (जीन प्रतिलेखन का समय और प्रकृति) के स्तर पर किया जाता है, साइटोप्लाज्म में परिवहन के लिए परिपक्व एमआरएनए के चयन के दौरान, राइबोसोम पर अनुवाद के लिए साइटोप्लाज्म में एमआरएनए के चयन के दौरान, कुछ प्रकारों को अस्थिर किया जाता है। साइटोप्लाज्म में एमआरएनए का, चयनात्मक सक्रियण, उनके संश्लेषण के बाद प्रोटीन अणुओं का निष्क्रिय होना।

एपिजेनेटिक मार्करों का संग्रह एपिजेनोम का प्रतिनिधित्व करता है। एपिजेनेटिक परिवर्तन फेनोटाइप को प्रभावित कर सकते हैं।

एपिजेनेटिक्स स्वस्थ कोशिकाओं के कामकाज में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जीन के सक्रियण और दमन को सुनिश्चित करता है, ट्रांसपोज़न के नियंत्रण में, यानी डीएनए के अनुभाग जो जीनोम के भीतर स्थानांतरित हो सकते हैं, साथ ही गुणसूत्रों में आनुवंशिक सामग्री के आदान-प्रदान में भी।

एपिजेनेटिक तंत्र जीनोमिक इंप्रिंटिंग में शामिल होते हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें कुछ जीनों की अभिव्यक्ति इस पर निर्भर करती है कि एलील किस माता-पिता से आए हैं। प्रमोटरों में डीएनए मिथाइलेशन की प्रक्रिया के माध्यम से इम्प्रिंटिंग का एहसास होता है, जिसके परिणामस्वरूप जीन प्रतिलेखन अवरुद्ध हो जाता है।

एपिजेनेटिक तंत्र हिस्टोन संशोधनों और डीएनए मिथाइलेशन के माध्यम से क्रोमैटिन में प्रक्रियाओं की शुरुआत सुनिश्चित करते हैं। पिछले दो दशकों में, यूकेरियोट्स में प्रतिलेखन विनियमन के तंत्र के बारे में विचार महत्वपूर्ण रूप से बदल गए हैं। शास्त्रीय मॉडल ने माना कि अभिव्यक्ति का स्तर प्रतिलेखन कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है जो जीन के नियामक क्षेत्रों से जुड़ते हैं, जो मैसेंजर आरएनए के संश्लेषण को शुरू करते हैं। हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन ने नाभिक में डीएनए की कॉम्पैक्ट पैकेजिंग सुनिश्चित करने के लिए एक निष्क्रिय पैकेजिंग संरचना की भूमिका निभाई।

बाद के अध्ययनों ने अनुवाद के नियमन में हिस्टोन की भूमिका का प्रदर्शन किया। तथाकथित हिस्टोन कोड की खोज की गई, यानी, हिस्टोन का एक संशोधन जो जीनोम के विभिन्न क्षेत्रों में भिन्न होता है। संशोधित हिस्टोन कोड से जीन की सक्रियता और दमन हो सकता है।

जीनोम संरचना के विभिन्न भाग संशोधनों के अधीन हैं। मिथाइल, एसिटाइल, फॉस्फेट समूह और बड़े प्रोटीन अणु टर्मिनल अवशेषों से जुड़े हो सकते हैं।

सभी संशोधन प्रतिवर्ती हैं और प्रत्येक के लिए एंजाइम होते हैं जो उन्हें स्थापित या हटा देते हैं।

डीएनए मिथाइलेशन

स्तनधारियों में, डीएनए मिथाइलेशन (एक एपिजेनेटिक तंत्र) का अध्ययन दूसरों की तुलना में पहले किया गया था। इसे जीन दमन के साथ सहसंबंधित दिखाया गया है। प्रायोगिक आंकड़ों से पता चलता है कि डीएनए मिथाइलेशन एक सुरक्षात्मक तंत्र है जो विदेशी प्रकृति (वायरस, आदि) के जीनोम के एक महत्वपूर्ण हिस्से को दबा देता है।

कोशिका में डीएनए मिथाइलेशन सभी आनुवंशिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करता है: एक्स गुणसूत्र की प्रतिकृति, मरम्मत, पुनर्संयोजन, प्रतिलेखन और निष्क्रियता। मिथाइल समूह डीएनए-प्रोटीन इंटरैक्शन को बाधित करते हैं, प्रतिलेखन कारकों के बंधन को रोकते हैं। डीएनए मिथाइलेशन क्रोमैटिन संरचना को प्रभावित करता है और ट्रांसक्रिप्शनल रिप्रेसर्स को अवरुद्ध करता है।

दरअसल, डीएनए मिथाइलेशन के स्तर में वृद्धि उच्च यूकेरियोट्स के जीनोम में गैर-कोडिंग और दोहराव वाले डीएनए की सामग्री में सापेक्ष वृद्धि से संबंधित है। प्रायोगिक साक्ष्य से पता चलता है कि ऐसा इसलिए होता है क्योंकि डीएनए मिथाइलेशन मुख्य रूप से विदेशी मूल के जीनोम के एक महत्वपूर्ण हिस्से (प्रतिकृति ट्रांसलोकेटिंग तत्व, वायरल अनुक्रम, अन्य दोहराव वाले अनुक्रम) को दबाने के लिए एक रक्षा तंत्र के रूप में कार्य करता है।

मिथाइलेशन प्रोफाइल-सक्रियण या निषेध-पर्यावरणीय कारकों के आधार पर बदलता है। क्रोमैटिन संरचना पर डीएनए मिथाइलेशन का प्रभाव एक स्वस्थ जीव के विकास और कामकाज के लिए बहुत महत्वपूर्ण है ताकि विदेशी मूल के जीनोम के एक महत्वपूर्ण हिस्से, यानी, प्रतिकृति क्षणिक तत्वों, वायरल और अन्य दोहराव वाले अनुक्रमों को दबाया जा सके।

डीएनए मिथाइलेशन नाइट्रोजन बेस, साइटोसिन की एक प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से होता है, जिसके परिणामस्वरूप कार्बन में सीएच3 मिथाइल समूह जुड़कर मिथाइलसिटोसिन बनता है। यह प्रक्रिया डीएनए मिथाइलट्रांसफेरेज़ एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है। साइटोसिन के मिथाइलेशन के लिए ग्वानिन की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप फॉस्फेट (सीपीजी) द्वारा अलग किए गए दो न्यूक्लियोटाइड बनते हैं।

निष्क्रिय CpG अनुक्रमों के समूहों को CpG द्वीप कहा जाता है। उत्तरार्द्ध को जीनोम में असमान रूप से दर्शाया गया है। उनमें से अधिकांश जीन प्रमोटरों में पाए जाते हैं। डीएनए मिथाइलेशन जीन प्रमोटरों में, प्रतिलेखित क्षेत्रों में और इंटरजेनिक स्थानों में भी होता है।

हाइपरमेथिलेटेड द्वीप जीन निष्क्रियता का कारण बनते हैं, जो प्रमोटरों के साथ नियामक प्रोटीन की बातचीत को बाधित करता है।

डीएनए मिथाइलेशन का जीन अभिव्यक्ति और अंततः कोशिकाओं, ऊतकों और पूरे शरीर के कार्य पर गहरा प्रभाव पड़ता है। डीएनए मिथाइलेशन के उच्च स्तर और दमित जीन की संख्या के बीच सीधा संबंध स्थापित किया गया है।

मिथाइलस गतिविधि (निष्क्रिय डिमेथिलेशन) की अनुपस्थिति के परिणामस्वरूप डीएनए से मिथाइल समूहों को हटाना डीएनए प्रतिकृति के बाद होता है। सक्रिय डिमेथिलेशन में एक एंजाइमैटिक प्रणाली शामिल होती है जो 5-मिथाइलसिटोसिन को प्रतिकृति से स्वतंत्र रूप से साइटोसिन में परिवर्तित करती है। मिथाइलेशन प्रोफाइल उन पर्यावरणीय कारकों के आधार पर बदलता है जिनमें कोशिका स्थित है।

डीएनए मिथाइलेशन को बनाए रखने की क्षमता के नुकसान से इम्युनोडेफिशिएंसी, घातकता और अन्य बीमारियां हो सकती हैं।

लंबे समय तक, सक्रिय डीएनए डिमेथिलेशन की प्रक्रिया में शामिल तंत्र और एंजाइम अज्ञात रहे।

हिस्टोन एसिटिलेशन

क्रोमैटिन बनाने वाले हिस्टोन में बड़ी संख्या में पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन होते हैं। 1960 के दशक में, विंसेंट ऑलफ्रे ने कई यूकेरियोट्स से हिस्टोन एसिटिलीकरण और फॉस्फोराइलेशन की पहचान की।

हिस्टोन एसिटिलीकरण और डीएसिटाइलेशन एंजाइम (एसिटाइलट्रांसफेरेज़) प्रतिलेखन के दौरान एक भूमिका निभाते हैं। ये एंजाइम स्थानीय हिस्टोन के एसिटिलीकरण को उत्प्रेरित करते हैं। हिस्टोन डीएसेटाइलेज़ प्रतिलेखन को दबा देता है।

एसिटिलेशन का प्रभाव चार्ज में बदलाव के कारण डीएनए और हिस्टोन के बीच के बंधन को कमजोर करना है, जिसके परिणामस्वरूप क्रोमैटिन प्रतिलेखन कारकों के लिए सुलभ हो जाता है।

एसिटिलीकरण हिस्टोन पर एक मुक्त साइट पर एक रासायनिक एसिटाइल समूह (अमीनो एसिड लाइसिन) का योग है। डीएनए मिथाइलेशन की तरह, लाइसिन एसिटिलेशन मूल जीन अनुक्रम को प्रभावित किए बिना जीन अभिव्यक्ति को बदलने के लिए एक एपिगेनेटिक तंत्र है। वह पैटर्न जिसके अनुसार परमाणु प्रोटीन में संशोधन होता है उसे हिस्टोन कोड कहा जाता है।

हिस्टोन संशोधन मौलिक रूप से डीएनए मिथाइलेशन से भिन्न हैं। डीएनए मिथाइलेशन एक बहुत ही स्थिर एपिजेनेटिक हस्तक्षेप है जिसके ज्यादातर मामलों में ठीक होने की अधिक संभावना है।

हिस्टोन संशोधनों का विशाल बहुमत अधिक परिवर्तनशील है। वे जीन अभिव्यक्ति के नियमन, क्रोमैटिन संरचना के रखरखाव, कोशिका विभेदन, कार्सिनोजेनेसिस, आनुवंशिक रोगों के विकास, उम्र बढ़ने, डीएनए की मरम्मत, प्रतिकृति और अनुवाद को प्रभावित करते हैं। यदि हिस्टोन संशोधनों से कोशिका को लाभ होता है, तो वे काफी लंबे समय तक रह सकते हैं।

साइटोप्लाज्म और नाभिक के बीच परस्पर क्रिया के तंत्रों में से एक प्रतिलेखन कारकों का फॉस्फोराइलेशन और/या डीफॉस्फोराइलेशन है। हिस्टोन उन पहले प्रोटीनों में से थे जिन्हें फॉस्फोराइलेट किया जाना खोजा गया था। यह प्रोटीन किनेसेस की सहायता से किया जाता है।

जीन फॉस्फोराइलेटेबल ट्रांसक्रिप्शन कारकों के नियंत्रण में होते हैं, जिनमें कोशिका प्रसार को नियंत्रित करने वाले जीन भी शामिल हैं। ऐसे संशोधनों के साथ, क्रोमोसोमल प्रोटीन अणुओं में संरचनात्मक परिवर्तन होते हैं, जिससे क्रोमैटिन में कार्यात्मक परिवर्तन होते हैं।

ऊपर वर्णित हिस्टोन के पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधनों के अलावा, यूबिकिटिन, सूमो इत्यादि जैसे बड़े प्रोटीन भी हैं, जो सहसंयोजक बंधन के माध्यम से लक्ष्य प्रोटीन के एमिनो साइड समूहों से जुड़ सकते हैं, जिससे उनकी गतिविधि प्रभावित हो सकती है।

एपिजेनेटिक परिवर्तन विरासत में मिल सकते हैं (ट्रांसजेनरेटिव एपिजेनेटिक इनहेरिटेंस)। हालाँकि, आनुवांशिक जानकारी के विपरीत, एपिजेनेटिक परिवर्तन 3-4 पीढ़ियों में पुन: उत्पन्न हो सकते हैं, और इन परिवर्तनों को उत्तेजित करने वाले कारक की अनुपस्थिति में, वे गायब हो जाते हैं। एपिजेनेटिक जानकारी का स्थानांतरण अर्धसूत्रीविभाजन (गुणसूत्रों की संख्या आधी होने के साथ कोशिका नाभिक का विभाजन) या माइटोसिस (कोशिका विभाजन) की प्रक्रिया के दौरान होता है।

हिस्टोन संशोधन सामान्य प्रक्रियाओं और बीमारी में मौलिक भूमिका निभाते हैं।

नियामक आरएनए

आरएनए अणु कोशिका में कई कार्य करते हैं। उनमें से एक जीन अभिव्यक्ति का विनियमन है। नियामक आरएनए, जिसमें एंटीसेंस आरएनए (एआरएनए), माइक्रोआरएनए (एमआईआरएनए) और छोटे हस्तक्षेप करने वाले आरएनए (एसआईआरएनए) शामिल हैं, इस कार्य के लिए जिम्मेदार हैं।

विभिन्न नियामक आरएनए की कार्रवाई का तंत्र समान है और इसमें जीन अभिव्यक्ति को दबाना शामिल है, जिसे एमआरएनए में नियामक आरएनए के पूरक जोड़ के माध्यम से महसूस किया जाता है, जिससे एक डबल-स्ट्रैंडेड अणु (डीएसआरएनए) बनता है। डीएसआरएनए के गठन से राइबोसोम या अन्य नियामक कारकों के साथ एमआरएनए के बंधन में व्यवधान होता है, जिससे अनुवाद बाधित होता है। इसके अलावा, डुप्लेक्स के गठन के बाद, आरएनए हस्तक्षेप की घटना स्वयं प्रकट हो सकती है - डिसर एंजाइम, कोशिका में डबल-स्ट्रैंडेड आरएनए का पता लगाता है, इसे टुकड़ों में "काट" देता है। ऐसे टुकड़े (siRNA) की श्रृंखलाओं में से एक RISC (RNA-प्रेरित साइलेंसिंग कॉम्प्लेक्स) प्रोटीन कॉम्प्लेक्स से बंधी होती है।

आरआईएससी गतिविधि के परिणामस्वरूप, एक एकल-फंसे आरएनए टुकड़ा एक एमआरएनए अणु के पूरक अनुक्रम से जुड़ जाता है और अर्गोनॉट परिवार के एक प्रोटीन द्वारा एमआरएनए को काटने का कारण बनता है। इन घटनाओं से संबंधित जीन की अभिव्यक्ति का दमन होता है।

नियामक आरएनए के शारीरिक कार्य विविध हैं - वे ओटोजेनेसिस के मुख्य गैर-प्रोटीन नियामकों के रूप में कार्य करते हैं और जीन विनियमन की "शास्त्रीय" योजना के पूरक हैं।

जीनोमिक चिन्ह

एक व्यक्ति में प्रत्येक जीन की दो प्रतियां होती हैं, एक मां से और दूसरी पिता से विरासत में मिली है। प्रत्येक जीन की दोनों प्रतियां किसी भी कोशिका में सक्रिय होने की क्षमता रखती हैं। जीनोमिक इम्प्रिंटिंग माता-पिता से विरासत में मिले एलील जीनों में से केवल एक की एपिजेनेटिक रूप से चयनात्मक अभिव्यक्ति है। जीनोमिक इंप्रिंटिंग नर और मादा दोनों संतानों को प्रभावित करती है। इस प्रकार, एक अंकित जीन जो मातृ गुणसूत्र पर सक्रिय है वह मातृ गुणसूत्र पर सक्रिय होगा और सभी पुरुष और महिला बच्चों में पैतृक गुणसूत्र पर "मौन" होगा। जीनोमिक इंप्रिंटिंग के अधीन जीन मुख्य रूप से उन कारकों को एनकोड करते हैं जो भ्रूण और नवजात विकास को नियंत्रित करते हैं।

इम्प्रिंटिंग एक जटिल प्रणाली है जो टूट सकती है। क्रोमोसोमल विलोपन (गुणसूत्रों के हिस्से का नुकसान) वाले कई रोगियों में छाप देखी जाती है। ऐसी ज्ञात बीमारियाँ हैं जो मनुष्यों में छाप तंत्र की शिथिलता के कारण होती हैं।

प्रायन

पिछले दशक में, प्रियन, प्रोटीन की ओर ध्यान आकर्षित किया गया है जो डीएनए के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को बदले बिना वंशानुगत फेनोटाइपिक परिवर्तन का कारण बन सकता है। स्तनधारियों में, प्रियन प्रोटीन कोशिकाओं की सतह पर स्थित होता है। कुछ शर्तों के तहत, प्रियन का सामान्य रूप बदल सकता है, जो इस प्रोटीन की गतिविधि को नियंत्रित करता है।

विकनर ने विश्वास व्यक्त किया कि प्रोटीन का यह वर्ग कई में से एक है जो एपिगेनेटिक तंत्र के एक नए समूह का गठन करता है जिसके लिए आगे के अध्ययन की आवश्यकता है। यह सामान्य अवस्था में हो सकता है, लेकिन परिवर्तित अवस्था में, प्रियन प्रोटीन फैल सकता है, यानी संक्रामक हो सकता है।

प्रारंभ में, प्रियन को एक नए प्रकार के संक्रामक एजेंटों के रूप में खोजा गया था, लेकिन अब यह माना जाता है कि वे एक सामान्य जैविक घटना का प्रतिनिधित्व करते हैं और एक प्रोटीन की संरचना में संग्रहीत एक नए प्रकार की जानकारी के वाहक हैं। प्रियन परिघटना अनुवादोत्तर स्तर पर एपिजेनेटिक वंशानुक्रम और जीन अभिव्यक्ति के नियमन को रेखांकित करती है।

व्यावहारिक चिकित्सा में एपिजेनेटिक्स

एपिजेनेटिक संशोधन कोशिकाओं के विकास और कार्यात्मक गतिविधि के सभी चरणों को नियंत्रित करते हैं। एपिजेनेटिक विनियमन तंत्र का विघटन प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से कई बीमारियों से जुड़ा हुआ है।

एपिजेनेटिक एटियलजि वाले रोगों में छापने वाले रोग शामिल हैं, जो बदले में आनुवंशिक और गुणसूत्र में विभाजित होते हैं; वर्तमान में कुल मिलाकर 24 नोसोलॉजी हैं।

जीन इंप्रिंटिंग के रोगों में, माता-पिता में से किसी एक के गुणसूत्र लोकी में मोनोएलेलिक अभिव्यक्ति देखी जाती है। इसका कारण जीन में बिंदु उत्परिवर्तन है जो मातृ और पितृ उत्पत्ति के आधार पर भिन्न रूप से व्यक्त किया जाता है और डीएनए अणु में साइटोसिन बेस के विशिष्ट मिथाइलेशन का कारण बनता है। इनमें शामिल हैं: प्रेडर-विली सिंड्रोम (पैतृक गुणसूत्र 15 में विलोपन) - क्रैनियोफेशियल डिस्मॉर्फिज्म, छोटे कद, मोटापा, मांसपेशी हाइपोटोनिया, हाइपोगोनाडिज्म, हाइपोपिगमेंटेशन और मानसिक मंदता द्वारा प्रकट; एंजेलमैन सिंड्रोम (15वें मातृ गुणसूत्र पर स्थित एक महत्वपूर्ण क्षेत्र का विलोपन), जिसके मुख्य लक्षण माइक्रोब्रैचिसेफली, बढ़े हुए निचले जबड़े, उभरी हुई जीभ, मैक्रोस्टोमिया, विरल दांत, हाइपोपिगमेंटेशन हैं; बेकविट-विडमैन सिंड्रोम (गुणसूत्र 11 की छोटी भुजा में मिथाइलेशन विकार), क्लासिक ट्रायड द्वारा प्रकट होता है, जिसमें मैक्रोसोमिया, ओम्फालोसेले, मैक्रोग्लोसिया आदि शामिल हैं।

एपिजेनोम को प्रभावित करने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारकों में पोषण, शारीरिक गतिविधि, विषाक्त पदार्थ, वायरस, आयनीकरण विकिरण आदि शामिल हैं। एपिजेनोम में परिवर्तन के लिए विशेष रूप से संवेदनशील अवधि जन्मपूर्व अवधि (विशेष रूप से गर्भधारण के बाद दो महीने) और जन्म के बाद के पहले तीन महीने हैं। . प्रारंभिक भ्रूणजनन के दौरान, जीनोम पिछली पीढ़ियों से प्राप्त अधिकांश एपिजेनेटिक संशोधनों को हटा देता है। लेकिन रिप्रोग्रामिंग प्रक्रिया जीवन भर चलती रहती है।

ऐसे रोग जहां जीन विनियमन में व्यवधान रोगजनन का हिस्सा है, उनमें कुछ प्रकार के ट्यूमर, मधुमेह मेलेटस, मोटापा, ब्रोन्कियल अस्थमा, विभिन्न अपक्षयी और अन्य रोग शामिल हैं।

कैंसर में एपिगोन की विशेषता डीएनए मिथाइलेशन, हिस्टोन संशोधन में वैश्विक परिवर्तन, साथ ही क्रोमैटिन-संशोधित एंजाइमों की अभिव्यक्ति प्रोफ़ाइल में परिवर्तन है।

ट्यूमर प्रक्रियाओं की विशेषता प्रमुख दमनकारी जीनों के हाइपरमेथिलेशन के माध्यम से निष्क्रियता और कई ऑन्कोजीन, विकास कारकों (आईजीएफ 2, टीजीएफ) और हेटरोक्रोमैटिन के क्षेत्रों में स्थित मोबाइल दोहराए जाने वाले तत्वों के सक्रियण द्वारा हाइपोमेथिलेशन के माध्यम से होती है।

इस प्रकार, हाइपरनेफ्रोइड किडनी ट्यूमर के 19% मामलों में, सीपीजी द्वीपों का डीएनए हाइपरमेथिलेटेड था, और स्तन कैंसर और गैर-छोटे सेल फेफड़ों के कार्सिनोमा में, हिस्टोन एसिटिलेशन के स्तर और ट्यूमर दबाने वाले की अभिव्यक्ति के बीच एक संबंध पाया गया था - एसिटिलेशन स्तर जितना कम होगा, जीन अभिव्यक्ति उतनी ही कमजोर होगी।

वर्तमान में, डीएनए मिथाइलट्रांसफेरेज़ की गतिविधि को दबाने पर आधारित एंटीट्यूमर दवाएं पहले ही विकसित और अभ्यास में लाई जा चुकी हैं, जिससे डीएनए मिथाइलेशन में कमी आती है, ट्यूमर दबाने वाले जीन की सक्रियता और ट्यूमर कोशिकाओं के प्रसार में मंदी आती है। इस प्रकार, मायलोइड्सप्लास्टिक सिंड्रोम के उपचार के लिए, जटिल चिकित्सा में डिकिटाबाइन (डेसिटाबाइन) और एज़ैसिटिडाइन (एज़ैसिटिडाइन) दवाओं का उपयोग किया जाता है। 2015 से, मल्टीपल मायलोमा के इलाज के लिए हिस्टोन डेसीटाइलेज़ अवरोधक पैनिबिनोस्टैट का उपयोग शास्त्रीय कीमोथेरेपी के साथ संयोजन में किया गया है। नैदानिक ​​​​अध्ययनों के अनुसार, ये दवाएं रोगियों के जीवित रहने की दर और जीवन की गुणवत्ता पर सकारात्मक प्रभाव डालती हैं।

कोशिका पर पर्यावरणीय कारकों की कार्रवाई के परिणामस्वरूप कुछ जीनों की अभिव्यक्ति में परिवर्तन भी हो सकता है। तथाकथित "मितव्ययी फेनोटाइप परिकल्पना" टाइप 2 मधुमेह मेलिटस और मोटापे के विकास में एक भूमिका निभाती है, जिसके अनुसार भ्रूण के विकास के दौरान पोषक तत्वों की कमी से पैथोलॉजिकल फेनोटाइप का विकास होता है। पशु मॉडल में, एक डीएनए क्षेत्र (पीडीएक्स1 लोकस) की पहचान की गई, जिसमें कुपोषण के प्रभाव में, हिस्टोन एसिटिलेशन का स्तर कम हो गया, जबकि विभाजन में मंदी और लैंगरहैंस के आइलेट्स और विकास के बी-कोशिकाओं के भेदभाव में कमी आई। टाइप 2 डायबिटीज मेलिटस जैसी स्थिति देखी गई।

एपिजेनेटिक्स की नैदानिक ​​क्षमताएं भी सक्रिय रूप से विकसित हो रही हैं। नई प्रौद्योगिकियां उभर रही हैं जो एपिजेनेटिक परिवर्तनों (डीएनए मिथाइलेशन स्तर, माइक्रोआरएनए अभिव्यक्ति, हिस्टोन के पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन इत्यादि) का विश्लेषण कर सकती हैं, जैसे क्रोमैटिन इम्यूनोप्रेजर्वेशन (सीएचआईपी), फ्लो साइटोमेट्री और लेजर स्कैनिंग, जो यह विश्वास करने का कारण देती है कि बायोमार्कर करेंगे निकट भविष्य में न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों, दुर्लभ, बहुकारकीय रोगों और घातक नियोप्लाज्म के अध्ययन के लिए पहचान की जाएगी और प्रयोगशाला निदान विधियों के रूप में पेश किया जाएगा।

इसलिए, एपिजेनेटिक्स वर्तमान में तेजी से विकसित हो रहा है। जीव विज्ञान और चिकित्सा में प्रगति इसके साथ जुड़ी हुई है।

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वी.वी. स्मिरनोव 1, चिकित्सा विज्ञान के डॉक्टर, प्रोफेसर
जी. ई. लियोनोव

रूसी राष्ट्रीय अनुसंधान विश्वविद्यालय के संघीय राज्य बजटीय शैक्षिक संस्थान का नाम रखा गया। एन. आई. पिरोगोवा, रूसी संघ के स्वास्थ्य मंत्रालय,मास्को

फेनोटाइप के निर्माण के दौरान अपने पर्यावरण के साथ एक जीव। वह उन तंत्रों का अध्ययन करती है जिनके द्वारा, एक कोशिका (जाइगोट) में निहित आनुवंशिक जानकारी के आधार पर, विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में विभिन्न जीन अभिव्यक्ति के कारण, विभेदित कोशिकाओं से युक्त एक बहुकोशिकीय जीव का विकास किया जा सकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कई शोधकर्ता अभी भी एपिजेनेटिक्स के बारे में संशय में हैं, क्योंकि इसके ढांचे के भीतर गैर-जीनोमिक वंशानुक्रम की संभावना को पर्यावरणीय परिवर्तनों के अनुकूली प्रतिक्रिया के रूप में अनुमति दी गई है, जो वर्तमान में प्रमुख जेनोकेंट्रिक प्रतिमान का खंडन करता है।

उदाहरण

यूकेरियोट्स में एपिजेनेटिक परिवर्तनों का एक उदाहरण कोशिका विभेदन की प्रक्रिया है। मॉर्फोजेनेसिस के दौरान, टोटिपोटेंट स्टेम कोशिकाएं भ्रूण के विभिन्न प्लुरिपोटेंट सेल वंशावली बनाती हैं, जो बदले में पूरी तरह से विभेदित कोशिकाओं को जन्म देती हैं। दूसरे शब्दों में, एक निषेचित अंडा - युग्मनज - कई विभाजनों के माध्यम से विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में विभेदित होता है, जिनमें शामिल हैं: न्यूरॉन्स, मांसपेशी कोशिकाएं, उपकला, संवहनी एंडोथेलियम, आदि। यह कुछ जीनों को सक्रिय करके और साथ ही, एपिजेनेटिक तंत्र का उपयोग करके दूसरों को बाधित करके प्राप्त किया जाता है।

दूसरा उदाहरण वॉल्यूम में प्रदर्शित किया जा सकता है। पतझड़ में, ठंड के मौसम से पहले, वे वसंत की तुलना में लंबे और घने बालों के साथ पैदा होते हैं, हालांकि "वसंत" और "शरद ऋतु" चूहों का अंतर्गर्भाशयी विकास लगभग समान परिस्थितियों (तापमान, दिन की लंबाई, आर्द्रता, आदि) के तहत होता है। . अध्ययनों से पता चला है कि बालों की लंबाई में वृद्धि के लिए एपिजेनेटिक परिवर्तनों को ट्रिगर करने वाला संकेत रक्त में मेलाटोनिन एकाग्रता के ग्रेडिएंट में बदलाव है (वसंत में यह कम हो जाता है और पतझड़ में बढ़ जाता है)। इस प्रकार, एपिजेनेटिक अनुकूली परिवर्तन (बालों की लंबाई में वृद्धि) ठंड के मौसम की शुरुआत से पहले ही प्रेरित हो जाते हैं, जिसका अनुकूलन जीव के लिए फायदेमंद होता है।

व्युत्पत्ति और परिभाषाएँ

शब्द "एपिजेनेटिक्स" (साथ ही "एपिजेनेटिक लैंडस्केप") को कॉनराड वाडिंगटन द्वारा 1942 में जेनेटिक्स और एपिजेनेसिस शब्दों के व्युत्पन्न के रूप में प्रस्तावित किया गया था। जब वाडिंगटन ने यह शब्द गढ़ा, तब जीन की भौतिक प्रकृति पूरी तरह से ज्ञात नहीं थी, इसलिए उन्होंने इसे एक वैचारिक मॉडल के रूप में इस्तेमाल किया कि कैसे जीन एक फेनोटाइप का उत्पादन करने के लिए अपने पर्यावरण के साथ बातचीत कर सकते हैं।

रॉबिन हॉलिडे ने एपिजेनेटिक्स को "जीवों के विकास के दौरान जीन गतिविधि के अस्थायी और स्थानिक नियंत्रण के तंत्र का अध्ययन" के रूप में परिभाषित किया। इस प्रकार, "एपिजेनेटिक्स" शब्द का उपयोग डीएनए अनुक्रम के अलावा किसी भी आंतरिक कारक का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है जो किसी जीव के विकास को प्रभावित करता है।

वैज्ञानिक प्रवचन में इस शब्द का आधुनिक उपयोग अधिक संकीर्ण है। ग्रीक उपसर्ग एपि- शब्द में उन कारकों का तात्पर्य है जो आनुवांशिक कारकों के "अतिरिक्त" या "अतिरिक्त" कार्य करते हैं, जिसका अर्थ है कि एपिजेनेटिक कारक आनुवंशिकता के पारंपरिक आणविक कारकों के अतिरिक्त या इसके अतिरिक्त कार्य करते हैं।

"जेनेटिक्स" शब्द की समानता ने इस शब्द के उपयोग में कई समानताओं को जन्म दिया है। "एपिजेनोम" शब्द "जीनोम" के समान है, और कोशिका की समग्र एपिजेनेटिक स्थिति को परिभाषित करता है। "जेनेटिक कोड" के रूपक को भी अनुकूलित किया गया है, और "एपिजेनेटिक कोड" शब्द का उपयोग एपिजेनेटिक विशेषताओं के सेट का वर्णन करने के लिए किया जाता है जो विभिन्न कोशिकाओं में विविध फेनोटाइप बनाते हैं। "एपिमुटेशन" शब्द का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जो कई कोशिका पीढ़ियों में प्रसारित छिटपुट कारकों के कारण सामान्य एपिजेनोम में परिवर्तन को संदर्भित करता है।

एपिजेनेटिक्स का आणविक आधार

एपिजेनेटिक्स का आणविक आधार काफी जटिल है, हालांकि यह डीएनए की संरचना को प्रभावित नहीं करता है, लेकिन कुछ जीनों की गतिविधि को बदल देता है। यह बताता है कि बहुकोशिकीय जीव की विभेदित कोशिकाएँ केवल अपनी विशिष्ट गतिविधियों के लिए आवश्यक जीन ही क्यों व्यक्त करती हैं। एपिजेनेटिक परिवर्तनों की एक विशेष विशेषता यह है कि वे कोशिका विभाजन के माध्यम से बने रहते हैं। यह ज्ञात है कि अधिकांश एपिजेनेटिक परिवर्तन केवल एक जीव के जीवनकाल के दौरान ही होते हैं। वहीं, यदि किसी शुक्राणु या अंडे में डीएनए में परिवर्तन होता है, तो कुछ एपिजेनेटिक अभिव्यक्तियाँ एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी में प्रसारित हो सकती हैं। इससे सवाल उठता है कि क्या किसी जीव में एपिजेनेटिक परिवर्तन वास्तव में उसके डीएनए की मूल संरचना को बदल सकते हैं? (विकास देखें)।

एपिजेनेटिक्स के ढांचे के भीतर, पैराम्यूटेशन, जेनेटिक बुकमार्किंग, जीनोमिक इंप्रिंटिंग, एक्स क्रोमोसोम निष्क्रियता, स्थिति प्रभाव, मातृ प्रभाव, साथ ही जीन अभिव्यक्ति के विनियमन के अन्य तंत्र जैसी प्रक्रियाओं का व्यापक रूप से अध्ययन किया जाता है।

एपिजेनेटिक अध्ययन में आणविक जीव विज्ञान तकनीकों की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग किया जाता है, जिसमें क्रोमैटिन इम्यूनोप्रेजर्वेशन (चिप-ऑन-चिप और चिप-सेक के विभिन्न संशोधन), स्वस्थानी संकरण, मिथाइलेशन-संवेदनशील प्रतिबंध एंजाइम, डीएनए एडेनिन मिथाइलट्रांसफेरेज़ पहचान (डैमिड) और बाइसल्फाइट अनुक्रमण शामिल हैं। इसके अलावा, जैव सूचना विज्ञान विधियों (कंप्यूटर एपिजेनेटिक्स) का उपयोग तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है।

तंत्र

डीएनए मिथाइलेशन और क्रोमैटिन रीमॉडलिंग

एपिजेनेटिक कारक कई स्तरों पर कुछ जीनों की अभिव्यक्ति गतिविधि को प्रभावित करते हैं, जिससे कोशिका या जीव के फेनोटाइप में परिवर्तन होता है। इस प्रभाव का एक तंत्र क्रोमैटिन रीमॉडलिंग है। क्रोमैटिन हिस्टोन प्रोटीन के साथ डीएनए का एक जटिल है: डीएनए हिस्टोन प्रोटीन पर घाव होता है, जो गोलाकार संरचनाओं (न्यूक्लियोसोम) द्वारा दर्शाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नाभिक में इसका संघनन होता है। जीन अभिव्यक्ति की तीव्रता जीनोम के सक्रिय रूप से व्यक्त क्षेत्रों में हिस्टोन के घनत्व पर निर्भर करती है। क्रोमैटिन रीमॉडलिंग न्यूक्लियोसोम के "घनत्व" और डीएनए के लिए हिस्टोन की आत्मीयता को सक्रिय रूप से बदलने की एक प्रक्रिया है। इसे नीचे वर्णित दो तरीकों से हासिल किया गया है।

डीएनए मिथाइलेशन

आज तक का सबसे अच्छी तरह से अध्ययन किया गया एपिजेनेटिक तंत्र साइटोसिन डीएनए बेस का मिथाइलेशन है। उम्र बढ़ने के दौरान आनुवंशिक अभिव्यक्ति के नियमन में मिथाइलेशन की भूमिका पर गहन शोध पिछली शताब्दी के 70 के दशक में बी.एफ. वैन्युशिन और जी.डी. बर्डीशेव एट अल के अग्रणी काम के साथ शुरू हुआ था। डीएनए मिथाइलेशन की प्रक्रिया में साइटोसिन रिंग की स्थिति C5 पर CpG डाइन्यूक्लियोटाइड के हिस्से के रूप में साइटोसिन में मिथाइल समूह को शामिल करना शामिल है। डीएनए मिथाइलेशन मुख्य रूप से यूकेरियोट्स की विशेषता है। मनुष्यों में, जीनोमिक डीएनए का लगभग 1% मिथाइलेटेड होता है। डीएनए मिथाइलट्रांसफेरेज़ 1, 3ए और 3बी (डीएनएमटी1, डीएनएमटी3ए और डीएनएमटी3बी) नामक तीन एंजाइम डीएनए मिथाइलेशन की प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार हैं। यह माना जाता है कि DNMT3a और DNMT3b डे नोवो मिथाइलट्रांसफेरेज़ हैं जो विकास के शुरुआती चरणों में डीएनए मिथाइलेशन पैटर्न बनाते हैं, और DNMT1 जीव के जीवन के बाद के चरणों में डीएनए मिथाइलेशन करता है। मिथाइलेशन का कार्य जीन को सक्रिय/निष्क्रिय करना है। ज्यादातर मामलों में, मिथाइलेशन से जीन गतिविधि का दमन होता है, खासकर जब इसके प्रवर्तक क्षेत्र मिथाइलेटेड होते हैं, और डीमेथिलेशन इसके सक्रियण की ओर जाता है। यह दिखाया गया है कि डीएनए मिथाइलेशन की डिग्री में मामूली बदलाव भी आनुवंशिक अभिव्यक्ति के स्तर को महत्वपूर्ण रूप से बदल सकता है।

हिस्टोन संशोधन

यद्यपि हिस्टोन में अमीनो एसिड का संशोधन पूरे प्रोटीन अणु में होता है, एन-टेल्स का संशोधन बहुत अधिक बार होता है। इन संशोधनों में शामिल हैं: फॉस्फोराइलेशन, सर्वव्यापकता, एसिटिलीकरण, मिथाइलेशन, सुमोयलेशन। एसिटिलेशन सबसे अधिक अध्ययन किया जाने वाला हिस्टोन संशोधन है। इस प्रकार, एसिटाइलट्रांसफेरेज़ K14 और K9 द्वारा हिस्टोन H3 टेल लाइसिन का एसिटिलीकरण गुणसूत्र के इस क्षेत्र में ट्रांसक्रिप्शनल गतिविधि से संबंधित है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि लाइसिन का एसिटिलेशन इसके सकारात्मक चार्ज को तटस्थ में बदल देता है, जिससे डीएनए में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए फॉस्फेट समूहों से जुड़ना असंभव हो जाता है। परिणामस्वरूप, हिस्टोन डीएनए से अलग हो जाते हैं, जिससे एसडब्ल्यूआई/एसएनएफ कॉम्प्लेक्स के "नग्न" डीएनए और प्रतिलेखन को गति देने वाले अन्य प्रतिलेखन कारक प्रभावित होते हैं। यह एपिजेनेटिक विनियमन का एक "सीआईएस" मॉडल है।

हिस्टोन अपनी संशोधित स्थिति को बनाए रखने में सक्षम हैं और नए हिस्टोन के संशोधन के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करते हैं, जो प्रतिकृति के बाद डीएनए से जुड़ते हैं।

हिस्टोन संशोधनों की तुलना में डीएनए मिथाइलेशन के लिए एपिजेनेटिक निशानों के प्रजनन के तंत्र का बेहतर अध्ययन किया गया है। इस प्रकार, DNMT1 एंजाइम में 5-मिथाइलसिटोसिन के लिए उच्च आकर्षण है। जब DNMT1 को एक "हेमिमिथाइलेटेड साइट" मिलती है (एक ऐसी साइट जहां केवल एक डीएनए स्ट्रैंड पर साइटोसिन मिथाइलेटेड होता है), तो यह उसी साइट पर दूसरे स्ट्रैंड पर साइटोसिन को मिथाइललेट करता है।

प्रायन

माइक्रो RNA

हाल ही में, आनुवंशिक गतिविधि के नियमन की प्रक्रियाओं में छोटे हस्तक्षेप करने वाले आरएनए (एसआई-आरएनए) की भूमिका के अध्ययन पर बहुत ध्यान आकर्षित किया गया है। हस्तक्षेप करने वाले आरएनए पॉलीसोम फ़ंक्शन और क्रोमैटिन संरचना को मॉडलिंग करके एमआरएनए स्थिरता और अनुवाद को बदल सकते हैं।

अर्थ

दैहिक कोशिकाओं में एपिजेनेटिक वंशानुक्रम बहुकोशिकीय जीव के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सभी कोशिकाओं का जीनोम लगभग एक जैसा होता है, साथ ही, एक बहुकोशिकीय जीव में अलग-अलग विभेदित कोशिकाएं होती हैं जो पर्यावरणीय संकेतों को अलग-अलग तरीकों से समझती हैं और अलग-अलग कार्य करती हैं। यह एपिजेनेटिक कारक हैं जो "सेलुलर मेमोरी" प्रदान करते हैं।

दवा

आनुवंशिक और एपिजेनेटिक दोनों घटनाओं का मानव स्वास्थ्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। ऐसी कई ज्ञात बीमारियाँ हैं जो बिगड़ा हुआ जीन मिथाइलेशन के कारण उत्पन्न होती हैं, साथ ही जीनोमिक इंप्रिंटिंग के अधीन जीन के लिए हेमीज़ाइगोसिटी के कारण भी उत्पन्न होती हैं। कई जीवों के लिए, हिस्टोन एसिटिलीकरण/डीएसिटिलीकरण गतिविधि और जीवनकाल के बीच संबंध सिद्ध हो चुका है। शायद यही प्रक्रियाएँ मानव जीवन प्रत्याशा को प्रभावित करती हैं।

विकास

यद्यपि एपिजेनेटिक्स को मुख्य रूप से सेलुलर मेमोरी के संदर्भ में माना जाता है, ऐसे कई ट्रांसजेनरेटिव एपिजेनेटिक प्रभाव भी हैं जिनमें आनुवंशिक परिवर्तन संतानों में पारित हो जाते हैं। उत्परिवर्तनों के विपरीत, एपिजेनेटिक परिवर्तन प्रतिवर्ती होते हैं और संभवतः लक्षित (अनुकूली) किए जा सकते हैं। चूंकि उनमें से अधिकांश कुछ पीढ़ियों के बाद गायब हो जाते हैं, इसलिए वे केवल अस्थायी अनुकूलन हो सकते हैं। किसी विशेष जीन में उत्परिवर्तन की आवृत्ति को प्रभावित करने वाले एपिजेनेटिक्स की संभावना पर भी सक्रिय रूप से चर्चा की जा रही है। साइटोसिन डेमिनमिनस प्रोटीन के APOBEC/AID परिवार को समान आणविक तंत्र का उपयोग करके आनुवंशिक और एपिजेनेटिक वंशानुक्रम दोनों में शामिल दिखाया गया है। कई जीवों में ट्रांसजेनरेटिव एपिजेनेटिक घटना के 100 से अधिक मामले पाए गए हैं।

मनुष्यों में एपिजेनेटिक प्रभाव

जीनोमिक इंप्रिंटिंग और संबंधित रोग

कुछ मानव रोग जीनोमिक इम्प्रिंटिंग से जुड़े होते हैं, एक ऐसी घटना जिसमें एक ही जीन में अलग-अलग मिथाइलेशन पैटर्न होते हैं, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वे किस लिंग के माता-पिता से आए हैं। इम्प्रिंटिंग से जुड़ी बीमारियों के सबसे प्रसिद्ध मामले एंजेलमैन सिंड्रोम और प्रेडर-विली सिंड्रोम हैं। दोनों 15q क्षेत्र में आंशिक विलोपन के कारण होते हैं। यह इस स्थान पर जीनोमिक इंप्रिंटिंग की उपस्थिति के कारण है।

ट्रांसजेनरेटिव एपिजेनेटिक प्रभाव

मार्कस पेम्ब्रे और सह-लेखकों ने पाया कि 19वीं शताब्दी में स्वीडन में अकाल का सामना करने वाले पुरुषों के पोते (लेकिन पोती नहीं) को हृदय रोग होने की संभावना कम थी, लेकिन मधुमेह होने की अधिक संभावना थी, जो लेखक का सुझाव है कि यह एपिजेनेटिक विरासत का एक उदाहरण है .

कैंसर और विकास संबंधी विकार

कई पदार्थों में एपिजेनेटिक कार्सिनोजेन के गुण होते हैं: वे उत्परिवर्तजन प्रभाव प्रदर्शित किए बिना ट्यूमर की घटनाओं में वृद्धि करते हैं (उदाहरण के लिए: डायथाइलस्टिलबेस्ट्रोल आर्सेनाइट, हेक्साक्लोरोबेंजीन और निकल यौगिक)। कई टेराटोजेन, विशेष रूप से डायथाइलस्टिलबेस्ट्रोल, एपिजेनेटिक स्तर पर भ्रूण पर विशिष्ट प्रभाव डालते हैं।

हिस्टोन एसिटिलेशन और डीएनए मिथाइलेशन में परिवर्तन से विभिन्न जीनों की गतिविधि में परिवर्तन होकर प्रोस्टेट कैंसर का विकास होता है। प्रोस्टेट कैंसर में जीन गतिविधि आहार और जीवनशैली से प्रभावित हो सकती है।

2008 में, यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ ने घोषणा की कि अगले 5 वर्षों में एपिजेनेटिक्स अनुसंधान पर 190 मिलियन डॉलर खर्च किए जाएंगे। फंडिंग शुरू करने वाले कुछ शोधकर्ताओं के अनुसार, आनुवंशिकी की तुलना में एपिजेनेटिक्स मानव रोगों के उपचार में बड़ी भूमिका निभा सकता है।

एपिजीनोम और उम्र बढ़ना

हाल के वर्षों में, सबूतों का एक बड़ा भंडार जमा हुआ है कि एपिजेनेटिक प्रक्रियाएं बाद के जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। विशेष रूप से, उम्र बढ़ने के साथ मिथाइलेशन पैटर्न में व्यापक परिवर्तन होते हैं। यह माना जाता है कि ये प्रक्रियाएँ आनुवंशिक नियंत्रण में हैं। आमतौर पर, मिथाइलेटेड साइटोसिन बेस की सबसे बड़ी संख्या भ्रूण या नवजात जानवरों से पृथक डीएनए में देखी जाती है, और यह मात्रा उम्र के साथ धीरे-धीरे कम हो जाती है। चूहों, हैम्स्टर और मनुष्यों के सुसंस्कृत लिम्फोसाइटों में डीएनए मिथाइलेशन स्तर में समान कमी पाई गई। यह व्यवस्थित है, लेकिन ऊतक और जीन-विशिष्ट हो सकता है। उदाहरण के लिए, ट्रै एट अल। (ट्रा एट अल., 2002) जब नवजात शिशुओं, साथ ही मध्यम आयु वर्ग और वृद्ध लोगों के परिधीय रक्त से पृथक टी लिम्फोसाइटों में 2000 से अधिक लोकी की तुलना की गई, तो पाया गया कि इनमें से 23 लोकी उम्र के साथ हाइपरमेथिलेशन और 6 हाइपोमेथिलेशन से गुजरते हैं, और मिथाइलेशन पैटर्न में समान परिवर्तन अन्य ऊतकों में भी पाए गए: अग्न्याशय, फेफड़े और अन्नप्रणाली। हचिंसन-गिलफोर्ड प्रोजिरिया के रोगियों में गंभीर एपिजेनेटिक विकृतियों की पहचान की गई है।

यह माना जाता है कि उम्र के साथ डीमिथाइलेशन मोबाइल आनुवंशिक तत्वों (एमजीई) के सक्रियण के माध्यम से क्रोमोसोमल पुनर्व्यवस्था की ओर जाता है, जो आमतौर पर डीएनए मिथाइलेशन (बारबोट एट अल।, 2002; बेनेट-बेकर, 2003) द्वारा दबा दिया जाता है। मिथाइलेशन स्तर में व्यवस्थित आयु-संबंधित गिरावट, कम से कम आंशिक रूप से, कई जटिल बीमारियों के लिए ज़िम्मेदार हो सकती है जिन्हें शास्त्रीय आनुवंशिक अवधारणाओं का उपयोग करके समझाया नहीं जा सकता है। एक अन्य प्रक्रिया जो डिमेथिलेशन के समानांतर ऑन्टोजेनेसिस में होती है और एपिजेनेटिक विनियमन की प्रक्रियाओं को प्रभावित करती है वह है क्रोमैटिन संघनन (हेटरोक्रोमैटिनाइजेशन), जिससे उम्र के साथ आनुवंशिक गतिविधि में कमी आती है। कई अध्ययनों में, रोगाणु कोशिकाओं में उम्र-निर्भर एपिजेनेटिक परिवर्तनों का भी प्रदर्शन किया गया है; इन परिवर्तनों की दिशा जीन विशिष्ट प्रतीत होती है।

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हाल के वर्षों में, चिकित्सा विज्ञान ने अपना ध्यान आनुवंशिक कोड के अध्ययन से हटाकर उन रहस्यमय तंत्रों पर केंद्रित कर दिया है जिनके द्वारा डीएनए को अपनी क्षमता का एहसास होता है: यह पैक किया जाता है और हमारी कोशिकाओं में प्रोटीन के साथ संपर्क करता है।

तथाकथित एपिजेनेटिक कारक वंशानुगत, प्रतिवर्ती हैं और पूरी पीढ़ियों के स्वास्थ्य को संरक्षित करने में बहुत बड़ी भूमिका निभाते हैं।

कोशिका में एपिजेनेटिक परिवर्तन कैंसर, न्यूरोलॉजिकल और मानसिक रोगों, ऑटोइम्यून विकारों को ट्रिगर कर सकते हैं - यह आश्चर्य की बात नहीं है कि एपिजेनेटिक्स विभिन्न क्षेत्रों के डॉक्टरों और शोधकर्ताओं का ध्यान आकर्षित करता है।

यह पर्याप्त नहीं है कि आपके जीन न्यूक्लियोटाइड के सही अनुक्रम को कूटबद्ध करते हैं। प्रत्येक जीन की अभिव्यक्ति एक अविश्वसनीय रूप से जटिल प्रक्रिया है जिसके लिए कई भाग लेने वाले अणुओं के कार्यों के पूर्ण समन्वय की आवश्यकता होती है।

एपिजेनेटिक्स चिकित्सा और विज्ञान के लिए अतिरिक्त चुनौतियाँ पेश करता है जिन्हें हम अभी समझना शुरू कर रहे हैं।

हमारे शरीर की प्रत्येक कोशिका (कुछ अपवादों को छोड़कर) में वही डीएनए होता है, जो हमारे माता-पिता द्वारा दान किया गया है। हालाँकि, डीएनए के सभी भाग एक ही समय में सक्रिय नहीं हो सकते हैं। कुछ जीन यकृत कोशिकाओं में काम करते हैं, अन्य त्वचा कोशिकाओं में, और अन्य तंत्रिका कोशिकाओं में - यही कारण है कि हमारी कोशिकाएं एक-दूसरे से काफी भिन्न होती हैं और उनकी अपनी विशेषज्ञता होती है।

एपिजेनेटिक तंत्र यह सुनिश्चित करता है कि एक निश्चित प्रकार की कोशिका उस प्रकार के लिए अद्वितीय कोड के साथ काम करेगी।

पूरे मानव जीवन में, कुछ जीन "सो" सकते हैं या अचानक सक्रिय हो सकते हैं। ये अस्पष्ट परिवर्तन जीवन की अरबों घटनाओं से प्रभावित होते हैं - एक नए क्षेत्र में जाना, अपनी पत्नी को तलाक देना, जिम जाना, हैंगओवर या खराब सैंडविच। जीवन की लगभग सभी घटनाएँ, बड़ी और छोटी, हमारे भीतर कुछ जीनों की गतिविधि को प्रभावित कर सकती हैं।

एपिजेनेटिक्स की परिभाषा

एपिजेनेटिक परिवर्तन जीन अभिव्यक्ति और सेल फेनोटाइप में वंशानुगत परिवर्तन हैं जो डीएनए अनुक्रम को प्रभावित नहीं करते हैं। फेनोटाइप को एक कोशिका (जीव) की विशेषताओं के पूरे सेट के रूप में समझा जाता है - हमारे मामले में, यह हड्डी के ऊतकों की संरचना, जैव रासायनिक प्रक्रियाएं, बुद्धि और व्यवहार, त्वचा की टोन और आंखों का रंग, आदि है।

बेशक, किसी जीव का फेनोटाइप उसके आनुवंशिक कोड पर निर्भर करता है। लेकिन वैज्ञानिकों ने एपिजेनेटिक्स के मुद्दों पर जितना गहराई से विचार किया, यह उतना ही स्पष्ट होता गया कि शरीर की कुछ विशेषताएं आनुवंशिक कोड (उत्परिवर्तन) में बदलाव के बिना पीढ़ियों तक विरासत में मिलती हैं।

कई लोगों के लिए, यह एक रहस्योद्घाटन था: शरीर जीन को बदले बिना बदल सकता है, और इन नए लक्षणों को वंशजों को दे सकता है।

हाल के वर्षों में एपिजेनेटिक शोध ने साबित कर दिया है कि पर्यावरणीय कारक - धूम्रपान करने वालों के बीच रहना, निरंतर तनाव, खराब आहार - जीन के कामकाज में गंभीर व्यवधान पैदा कर सकते हैं (लेकिन उनकी संरचना में नहीं), और ये व्यवधान आसानी से भविष्य की पीढ़ियों तक फैल सकते हैं। अच्छी खबर यह है कि वे प्रतिवर्ती हैं, और कुछ Nth पीढ़ी में वे बिना किसी निशान के घुल सकते हैं।

एपिजेनेटिक्स की शक्ति को बेहतर ढंग से समझने के लिए, आइए अपने जीवन की एक लंबी फिल्म के रूप में कल्पना करें।

हमारी कोशिकाएँ अभिनेता और अभिनेत्रियाँ हैं, और हमारा डीएनए एक पूर्व-तैयार स्क्रिप्ट है जिसमें प्रत्येक शब्द (जीन) कलाकारों को आवश्यक आदेश देता है। इस फिल्म में एपिजेनेटिक्स निर्देशक हैं. स्क्रिप्ट वही हो सकती है, लेकिन निर्देशक के पास कुछ दृश्यों और संवाद के अंशों को हटाने की शक्ति है। तो जीवन में, एपिजेनेटिक्स यह तय करता है कि हमारे विशाल शरीर की प्रत्येक कोशिका क्या और कैसे कहेगी।

एपिजेनेटिक्स और स्वास्थ्य

एपिजेनेटिक्स का सबसे अधिक अध्ययन किया गया पहलू मिथाइलेशन है। यह डीएनए में मिथाइल (CH3-) समूहों को जोड़ने की प्रक्रिया है।

आमतौर पर, मिथाइलेशन जीन प्रतिलेखन को प्रभावित करता है - डीएनए की आरएनए में प्रतिलिपि बनाना, या डीएनए प्रतिकृति में पहला चरण।

1969 का एक अध्ययन यह दिखाने वाला पहला अध्ययन था कि डीएनए मिथाइलेशन किसी व्यक्ति की दीर्घकालिक स्मृति को बदल सकता है। तब से, कई बीमारियों के विकास में मिथाइलेशन की भूमिका बेहतर ढंग से समझ में आ गई है।

प्रतिरक्षा प्रणाली के रोग

अन्य वैज्ञानिकों को विश्वास है कि डीएनए मिथाइलेशन रुमेटीइड गठिया के विकास का असली कारण है।

न्यूरोसाइकियाट्रिक रोग

अल्जाइमर रोग के विकास में डीएनए मिथाइलेशन की भूमिका पहले ही व्यावहारिक रूप से सिद्ध हो चुकी है। एक बड़े अध्ययन में पाया गया है कि नैदानिक ​​लक्षणों की अनुपस्थिति में भी, अल्जाइमर रोग से ग्रस्त रोगियों में तंत्रिका कोशिकाओं में जीन सामान्य मस्तिष्क की तुलना में अलग तरह से मिथाइलेटेड होते हैं।

ऑटिज़्म के विकास में मिथाइलेशन की भूमिका के बारे में सिद्धांत लंबे समय से प्रस्तावित किया गया है। बीमार लोगों के मस्तिष्क की जांच करने वाले कई शव परीक्षण इस बात की पुष्टि करते हैं कि उनकी कोशिकाओं में पर्याप्त प्रोटीन MECP2 (मिथाइल-सीपीजी-बाइंडिंग प्रोटीन 2) नहीं है। यह एक अत्यंत महत्वपूर्ण पदार्थ है जो मिथाइलेटेड जीन को बांधता और सक्रिय करता है। MECP2 की अनुपस्थिति में, मस्तिष्क की कार्यप्रणाली ख़राब हो जाती है।

ऑन्कोलॉजिकल रोग

1983 में, कैंसर एपिजेनेटिक्स से जुड़ा पहला मानव रोग बन गया। तब वैज्ञानिकों ने पाया कि कोलोरेक्टल कैंसर कोशिकाएं सामान्य आंतों की कोशिकाओं की तुलना में बहुत कम मिथाइलेटेड होती हैं। मिथाइल समूहों की कमी से गुणसूत्रों में अस्थिरता आ जाती है और ऑन्कोजेनेसिस शुरू हो जाता है। दूसरी ओर, डीएनए में मिथाइल समूहों की अधिकता कैंसर को दबाने के लिए जिम्मेदार कुछ जीनों को "सुला" देती है।

चूंकि एपिजेनेटिक परिवर्तन प्रतिवर्ती हैं, इसलिए आगे के शोध ने नवीन कैंसर चिकित्सा के लिए मार्ग प्रशस्त किया है।

2009 में ऑक्सफ़ोर्ड जर्नल कार्सिनोजेनेसिस में वैज्ञानिकों ने लिखा: "तथ्य यह है कि आनुवंशिक उत्परिवर्तन के विपरीत, एपिजेनेटिक परिवर्तन संभावित रूप से प्रतिवर्ती होते हैं और उन्हें सामान्य स्थिति में बहाल किया जा सकता है, जो एपिजेनेटिक थेरेपी को एक आशाजनक विकल्प बनाता है।"

एपिजेनेटिक्स अभी भी एक युवा विज्ञान है, लेकिन कोशिकाओं पर एपिजेनेटिक परिवर्तनों के बहुमुखी प्रभाव के लिए धन्यवाद, इसकी सफलताएं पहले से ही आश्चर्यजनक हैं। यह अफ़सोस की बात है कि 30-40 वर्षों से पहले हमारे वंशज पूरी तरह से महसूस नहीं कर पाएंगे कि मानवता के स्वास्थ्य के लिए इसका कितना महत्व है।

: फार्मेसी में मास्टर और पेशेवर चिकित्सा अनुवादक

एपिजेनेटिक्स आनुवंशिकी की एक अपेक्षाकृत नई शाखा है जिसे डीएनए की खोज के बाद से सबसे महत्वपूर्ण जैविक खोजों में से एक कहा गया है। ऐसा हुआ करता था कि जीनों का वह सेट जिसके साथ हम पैदा होते हैं, अपरिवर्तनीय रूप से हमारे जीवन को निर्धारित करता है। हालाँकि, अब यह ज्ञात है कि जीन को चालू या बंद किया जा सकता है, और विभिन्न जीवनशैली कारकों के प्रभाव में कम या ज्यादा व्यक्त किया जा सकता है।

साइट आपको बताएगी कि एपिजेनेटिक्स क्या है, यह कैसे काम करता है, और "स्वास्थ्य लॉटरी" जीतने की संभावना बढ़ाने के लिए आप क्या कर सकते हैं।

एपिजेनेटिक्स: जीवनशैली में बदलाव जीन बदलने की कुंजी है

एपिजेनेटिक्स - एक विज्ञान जो उन प्रक्रियाओं का अध्ययन करता है जो डीएनए अनुक्रम को बदले बिना जीन गतिविधि में परिवर्तन लाती हैं। सीधे शब्दों में कहें तो एपिजेनेटिक्स जीन गतिविधि पर बाहरी कारकों के प्रभाव का अध्ययन करता है।

मानव जीनोम परियोजना ने मानव डीएनए में 25,000 जीन की पहचान की। डीएनए को वह कोड कहा जा सकता है जिसका उपयोग कोई जीव अपने निर्माण और पुनर्निर्माण के लिए करता है। हालाँकि, जीन को स्वयं "निर्देश" की आवश्यकता होती है जिसके द्वारा वे आवश्यक कार्यों और उनके कार्यान्वयन के लिए समय निर्धारित करते हैं।

एपिजेनेटिक संशोधन ही निर्देश हैं।

ऐसे कई प्रकार के संशोधन हैं, लेकिन दो मुख्य हैं जो मिथाइल समूहों (कार्बन और हाइड्रोजन) और हिस्टोन (प्रोटीन) को प्रभावित करते हैं।

यह समझने के लिए कि संशोधन कैसे काम करते हैं, कल्पना करें कि एक जीन एक प्रकाश बल्ब है। मिथाइल समूह एक प्रकाश स्विच (यानी, एक जीन) के रूप में कार्य करते हैं, और हिस्टोन एक प्रकाश नियामक के रूप में कार्य करते हैं (यानी, वे जीन गतिविधि के स्तर को नियंत्रित करते हैं)। तो, ऐसा माना जाता है कि एक व्यक्ति के पास ऐसे चार मिलियन स्विच होते हैं, जो जीवनशैली और बाहरी कारकों के प्रभाव में सक्रिय होते हैं।

जीन गतिविधि पर बाहरी कारकों के प्रभाव को समझने की कुंजी एक जैसे जुड़वाँ बच्चों के जीवन का अवलोकन करना था। अवलोकनों से पता चला है कि अलग-अलग बाहरी परिस्थितियों में अलग-अलग जीवन शैली जीने वाले ऐसे जुड़वा बच्चों के जीन में कितने मजबूत परिवर्तन हो सकते हैं।

माना जाता है कि एक जैसे जुड़वाँ बच्चों को "सामान्य" बीमारियाँ होती हैं, लेकिन अक्सर ऐसा नहीं होता है: शराब, अल्जाइमर रोग, द्विध्रुवी विकार, सिज़ोफ्रेनिया, मधुमेह, कैंसर, क्रोहन रोग और रुमेटीइड गठिया, विभिन्न कारकों के आधार पर, केवल एक ही जुड़वाँ में हो सकते हैं। इसका कारण है एपिजेनेटिक बहाव- जीन अभिव्यक्ति में उम्र से संबंधित परिवर्तन।

एपिजेनेटिक्स का रहस्य: जीवनशैली के कारक जीन को कैसे प्रभावित करते हैं

एपिजेनेटिक्स में अनुसंधान से पता चला है कि रोग-संबंधी जीन उत्परिवर्तन का केवल 5% पूरी तरह से नियतात्मक है; शेष 95% पोषण, व्यवहार और अन्य पर्यावरणीय कारकों से प्रभावित हो सकता है। स्वस्थ जीवनशैली कार्यक्रम आपको 4000 से 5000 विभिन्न जीनों की गतिविधि को बदलने की अनुमति देता है।

हम केवल उन जीनों का योग नहीं हैं जिनके साथ हम पैदा हुए हैं। यह वह व्यक्ति है जो उपयोगकर्ता है, यह वह है जो अपने जीन को नियंत्रित करता है। साथ ही, यह इतना महत्वपूर्ण नहीं है कि प्रकृति ने आपको क्या "आनुवंशिक मानचित्र" दिए हैं - महत्वपूर्ण यह है कि आप उनके साथ क्या करते हैं।

एपिजेनेटिक्स अपनी प्रारंभिक अवस्था में है और बहुत कुछ सीखना बाकी है, लेकिन जीन अभिव्यक्ति को प्रभावित करने वाले प्रमुख जीवनशैली कारकों के बारे में ज्ञान मौजूद है।

1. पोषण, नींद और व्यायाम

यह आश्चर्य की बात नहीं है कि पोषण डीएनए की स्थिति को प्रभावित कर सकता है। प्रसंस्कृत कार्बोहाइड्रेट से भरपूर आहार रक्त में ग्लूकोज के उच्च स्तर से डीएनए पर हमला करता है। दूसरी ओर, डीएनए क्षति को इसके द्वारा उलटा किया जा सकता है:

• सल्फोराफेन (ब्रोकोली में पाया जाता है);
• करक्यूमिन (हल्दी में पाया जाता है);
• एपिगैलोकैटेचिन-3-गैलेट (हरी चाय में पाया जाता है);
• रेस्वेराट्रॉल (अंगूर और वाइन में पाया जाता है)।

जब नींद की बात आती है, तो केवल एक सप्ताह की नींद की कमी 700 से अधिक जीनों की गतिविधि को नकारात्मक रूप से प्रभावित करती है। जीन अभिव्यक्ति (117) व्यायाम से सकारात्मक रूप से प्रभावित होती है।

1. तनाव, रिश्ते और यहाँ तक कि विचार भी

एपिजेनेटिसिस्टों का तर्क है कि आहार, नींद और व्यायाम जैसे केवल "भौतिक" कारक ही जीन को प्रभावित नहीं करते हैं। जैसा कि यह पता चला है, तनाव, लोगों के साथ रिश्ते और आपके विचार भी जीन अभिव्यक्ति को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण कारक हैं। इसलिए:

• ध्यान प्रो-इंफ्लेमेटरी जीन की अभिव्यक्ति को दबाता है, सूजन से लड़ने में मदद करता है, यानी। अल्जाइमर रोग, कैंसर, हृदय रोग और मधुमेह से बचाव; इसके अलावा, इस तरह के अभ्यास का प्रभाव 8 घंटे के प्रशिक्षण के बाद दिखाई देता है;
• 400 वैज्ञानिक अध्ययनों से पता चला है कि कृतज्ञता, दयालुता, आशावाद और मन और शरीर को शामिल करने वाली विभिन्न तकनीकों का जीन अभिव्यक्ति पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है;
• गतिविधि की कमी, खराब पोषण, लगातार नकारात्मक भावनाएं, विषाक्त पदार्थ और बुरी आदतें, साथ ही आघात और तनाव नकारात्मक एपिजेनेटिक परिवर्तनों को ट्रिगर करते हैं।

एपिजेनेटिक परिवर्तनों की स्थायित्व और एपिजेनेटिक्स का भविष्य

सबसे रोमांचक और विवादास्पद खोजों में से एक यह है कि जीन अनुक्रम को बदले बिना एपिजेनेटिक परिवर्तन बाद की पीढ़ियों में पारित हो जाते हैं। द जीन थेरेपी ब्लूप्रिंट: टेक कंट्रोल ऑफ योर जेनेटिक डेस्टिनी थ्रू न्यूट्रिशन एंड लाइफस्टाइल के लेखक डॉ. मिशेल गेन्नोर का मानना ​​है कि जीन अभिव्यक्ति भी विरासत में मिलती है।

डॉ. रैंडी जिर्टल कहते हैं, एपिजेनेटिक्स से पता चलता है कि हम अपने जीनोम की अखंडता के लिए भी जिम्मेदार हैं। पहले, हम मानते थे कि सब कुछ जीन पर निर्भर करता है। एपिजेनेटिक्स हमें यह समझने की अनुमति देता है कि हमारा व्यवहार और आदतें भविष्य की पीढ़ियों में जीन की अभिव्यक्ति को प्रभावित कर सकती हैं।

एपिजेनेटिक्स एक जटिल विज्ञान है जिसमें अपार संभावनाएं हैं। विशेषज्ञों को अभी भी यह निर्धारित करने के लिए बहुत काम करना है कि कौन से पर्यावरणीय कारक हमारे जीन को प्रभावित करते हैं, हम कैसे (और क्या) बीमारियों को उलट सकते हैं या उन्हें यथासंभव प्रभावी ढंग से रोक सकते हैं।

एपिजेनेटिक्स आनुवंशिकी की एक शाखा है जो अपेक्षाकृत हाल ही में अनुसंधान के एक स्वतंत्र क्षेत्र के रूप में उभरी है। लेकिन आज यह युवा गतिशील विज्ञान है जीवित प्रणालियों के विकास के आणविक तंत्र में एक क्रांतिकारी अंतर्दृष्टि प्रदान करता है.

सबसे साहसी और प्रेरक एपिजेनेटिक परिकल्पनाओं में से एक, कि कई जीनों की गतिविधि बाहरी प्रभाव के अधीन है, अब पशु मॉडल में कई प्रयोगों में इसकी पुष्टि की जा रही है। शोधकर्ता सावधानी से अपने परिणामों पर टिप्पणी करते हैं, लेकिन इससे इंकार नहीं करते हैं होमो सेपियन्सयह पूरी तरह से आनुवंशिकता पर निर्भर नहीं करता है, जिसका अर्थ है कि यह इसे जानबूझकर प्रभावित कर सकता है।

भविष्य में, यदि वैज्ञानिक सही साबित होते हैं और वे जीन नियंत्रण के तंत्र की कुंजी खोजने में कामयाब होते हैं, तो मनुष्य शरीर में होने वाली शारीरिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने में सक्षम होंगे। बुढ़ापा उनमें से एक हो सकता है।

चित्र में. आरएनए हस्तक्षेप का तंत्र.

डीएसआरएनए अणु एक हेयरपिन आरएनए या आरएनए के दो युग्मित पूरक स्ट्रैंड हो सकते हैं।
लंबे डीएसआरएनए अणुओं को कोशिका में डिसर एंजाइम द्वारा छोटे अणुओं में काटा (संसाधित) किया जाता है: इसका एक डोमेन विशेष रूप से डीएसआरएनए अणु के अंत को बांधता है (तारांकन के साथ चिह्नित), जबकि दूसरा टूटता है (सफेद तीरों के साथ चिह्नित) दोनों डीएसआरएनए स्ट्रैंड।

परिणामस्वरूप, लंबाई में 20-25 न्यूक्लियोटाइड्स (siRNA) का एक डबल-स्ट्रैंडेड RNA बनता है, और डिसर dsRNA को काटने के अगले चक्र में आगे बढ़ता है, इसके नवगठित सिरे से जुड़ता है।

इन siRNAs को अर्गोनॉट प्रोटीन (AGO) युक्त एक कॉम्प्लेक्स में शामिल किया जा सकता है। siRNA श्रृंखलाओं में से एक, AGO प्रोटीन के साथ जटिल होकर, कोशिका में पूरक संदेशवाहक RNA (mRNA) अणु ढूंढती है। एजीओ लक्ष्य एमआरएनए अणुओं को काट देता है, जिससे एमआरएनए ख़राब हो जाता है, या राइबोसोम पर एमआरएनए का अनुवाद बंद हो जाता है। लघु आरएनए नाभिक में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम में उनके समरूप जीन के प्रतिलेखन (आरएनए संश्लेषण) को भी दबा सकते हैं।
(ड्राइंग, आरेख और टिप्पणी / नेचर पत्रिका नंबर 1, 2007)

अन्य, अभी तक अज्ञात तंत्र भी संभव हैं।
वंशानुक्रम के एपिजेनेटिक और आनुवंशिक तंत्र के बीच अंतर उनकी स्थिरता और प्रभावों की पुनरुत्पादकता है। आनुवंशिक रूप से निर्धारित लक्षणों को अनिश्चित काल तक पुन: उत्पन्न किया जा सकता है जब तक कि संबंधित जीन में एक निश्चित परिवर्तन (उत्परिवर्तन) न हो जाए।
कुछ उत्तेजनाओं से प्रेरित एपिजेनेटिक परिवर्तन आमतौर पर एक जीव के जीवन के भीतर कोशिका पीढ़ियों की एक श्रृंखला में पुन: उत्पन्न होते हैं। जब उन्हें बाद की पीढ़ियों में स्थानांतरित किया जाता है, तो वे 3-4 पीढ़ियों से अधिक समय तक प्रजनन नहीं कर सकते हैं, और फिर, यदि उन्हें प्रेरित करने वाली उत्तेजना गायब हो जाती है, तो वे धीरे-धीरे गायब हो जाते हैं।

आणविक स्तर पर यह कैसा दिखता है? एपिजेनेटिक मार्कर, जैसा कि इन रासायनिक परिसरों को आमतौर पर कहा जाता है, न्यूक्लियोटाइड में स्थित नहीं होते हैं जो डीएनए अणु के संरचनात्मक अनुक्रम का निर्माण करते हैं, लेकिन वे सीधे कुछ संकेतों को पकड़ते हैं?

एकदम सही। एपिजेनेटिक मार्कर वास्तव में न्यूक्लियोटाइड में नहीं होते हैं, बल्कि उन पर (मिथाइलेशन) या उनके बाहर (क्रोमैटिन हिस्टोन, माइक्रोआरएनए का एसिटिलेशन) होते हैं।
जब ये मार्कर अगली पीढ़ियों तक स्थानांतरित हो जाते हैं तो क्या होता है, इसे क्रिसमस ट्री के सादृश्य का उपयोग करके सबसे अच्छी तरह से समझाया गया है। पीढ़ी दर पीढ़ी गुजरते हुए, ब्लास्टोसिस्ट (8-कोशिका भ्रूण) के निर्माण के दौरान "खिलौने" (एपिजेनेटिक मार्कर) पूरी तरह से हटा दिए जाते हैं, और फिर, आरोपण की प्रक्रिया के दौरान, उन्हें उसी स्थान पर "लगाया" जाता है। वे पहले कहां थे. यह लंबे समय से ज्ञात है। लेकिन जो हाल ही में ज्ञात हुआ है, और जिसने जीव विज्ञान की हमारी समझ में पूरी तरह से क्रांति ला दी है, उसका संबंध किसी जीव के जीवन के दौरान प्राप्त एपिजेनेटिक संशोधनों से है।

उदाहरण के लिए, यदि शरीर एक निश्चित प्रभाव (हीट शॉक, उपवास, आदि) के प्रभाव में है, तो एपिजेनेटिक परिवर्तनों का एक स्थिर प्रेरण होता है ("एक नया खिलौना खरीदना")। जैसा कि पहले माना गया था, ऐसे एपिजेनेटिक मार्कर निषेचन और भ्रूण निर्माण के दौरान पूरी तरह से मिट जाते हैं और इस प्रकार, संतानों तक नहीं पहुंचते हैं। यह पता चला कि यह मामला नहीं था. हाल के वर्षों में बड़ी संख्या में अध्ययनों में, एक पीढ़ी के प्रतिनिधियों में पर्यावरणीय तनाव से प्रेरित एपिजेनेटिक परिवर्तन 3-4 बाद की पीढ़ियों के प्रतिनिधियों में पाए गए। यह अर्जित विशेषताओं की विरासत की संभावना को इंगित करता है, जिसे हाल तक बिल्कुल असंभव माना जाता था।

एपिजेनेटिक परिवर्तन का कारण बनने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारक क्या हैं?

ये सभी कारक हैं जो विकास के संवेदनशील चरणों के दौरान कार्य करते हैं। मनुष्यों में, यह अंतर्गर्भाशयी विकास की पूरी अवधि और जन्म के बाद के पहले तीन महीने हैं। इनमें सबसे महत्वपूर्ण हैं पोषण, वायरल संक्रमण, गर्भावस्था के दौरान मातृ धूम्रपान, विटामिन डी का अपर्याप्त उत्पादन (धूप के संपर्क के कारण), और मातृ तनाव।
यानी वे बदलती परिस्थितियों के प्रति शरीर की अनुकूलन क्षमता को बढ़ाते हैं। और अभी तक कोई नहीं जानता कि पर्यावरणीय कारकों और एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं के बीच कौन से "संदेशवाहक" मौजूद हैं।

लेकिन, इसके अलावा, इस बात के भी प्रमाण हैं कि सबसे "संवेदनशील" अवधि जिसके दौरान प्रमुख एपिजेनेटिक संशोधन संभव हैं, पेरिकॉन्सेप्टुअल (गर्भाधान के बाद पहले दो महीने) है। यह संभव है कि गर्भधारण से पहले भी एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं में लक्षित हस्तक्षेप के प्रयास, यानी युग्मनज के गठन से पहले भी रोगाणु कोशिकाओं पर, प्रभावी हो सकते हैं। हालाँकि, भ्रूण के विकास चरण की समाप्ति के बाद भी एपिजेनोम काफी प्लास्टिक बना रहता है, कुछ शोधकर्ता वयस्कों में इसे ठीक करने की कोशिश कर रहे हैं।

उदाहरण के लिए, मिन जू फैन ( मिंग झू फैंग) और न्यू जर्सी (यूएसए) में रटगर्स यूनिवर्सिटी के उनके सहयोगियों ने पाया कि वयस्कों में, हरी चाय के एक निश्चित घटक (एंटीऑक्सीडेंट एपिगैलोकैटेचिन गैलेट (ईजीसीजी)) का उपयोग डीएनए डीमिथाइलेशन के माध्यम से ट्यूमर दबाने वाले जीन को सक्रिय कर सकता है।

वर्तमान में, संयुक्त राज्य अमेरिका और जर्मनी में लगभग एक दर्जन दवाएं पहले से ही विकासाधीन हैं, जिनका निर्माण कैंसर के निदान में एपिजेनेटिक्स के हालिया अध्ययनों के परिणामों पर आधारित था।
एपिजेनेटिक्स में अब प्रमुख प्रश्न क्या हैं? उनका समाधान उम्र बढ़ने के तंत्र (प्रक्रिया) के अध्ययन को कैसे आगे बढ़ा सकता है?

मेरा मानना ​​है कि उम्र बढ़ने की प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से एपिजेनेटिक ("ऑन्टोजेनेसिस के एक चरण की तरह") है। इस क्षेत्र में अनुसंधान हाल के वर्षों में ही शुरू हुआ है, लेकिन यदि यह सफल रहा, तो मानवता के पास बीमारी से लड़ने और जीवन को लम्बा करने के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण हो सकता है।
अब मुख्य मुद्दे बीमारियों की एपिजेनेटिक प्रकृति (उदाहरण के लिए, कैंसर) और उनकी रोकथाम और उपचार के लिए नए दृष्टिकोण का विकास हैं।
यदि हम उम्र से संबंधित बीमारियों के आणविक एपिजेनेटिक तंत्र का अध्ययन कर सकते हैं, तो उनके विकास का सफलतापूर्वक प्रतिकार करना संभव होगा।

आख़िरकार, उदाहरण के लिए, एक श्रमिक मधुमक्खी 6 सप्ताह जीवित रहती है, और एक रानी मधुमक्खी 6 वर्ष जीवित रहती है।
पूर्ण आनुवंशिक पहचान के साथ, वे केवल इस मायने में भिन्न हैं कि भविष्य की रानी मधुमक्खी को एक सामान्य श्रमिक मधुमक्खी की तुलना में विकास के दौरान कई दिनों तक रॉयल जेली खिलाई जाती है।

परिणामस्वरूप, इन मधुमक्खी जातियों के प्रतिनिधियों में थोड़े अलग एपिजेनोटाइप विकसित हो जाते हैं। और, बाहरी और जैव रासायनिक समानता के बावजूद, उनकी जीवन प्रत्याशा 50 गुना भिन्न होती है!

60 के दशक में शोध के दौरान पता चला कि उम्र के साथ यह कम होता जाता है। लेकिन क्या वैज्ञानिकों ने इस सवाल का जवाब देने में कोई प्रगति की है: ऐसा क्यों हो रहा है?

इस बात का संकेत देने वाले बहुत सारे काम हैं कि उम्र बढ़ने की विशेषताएं और दर प्रारंभिक ओटोजेनेसिस की स्थितियों पर निर्भर करती हैं। अधिकांश लोग इसे एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं के सुधार से जोड़ते हैं।

डीएनए मिथाइलेशन वास्तव में उम्र के साथ कम हो जाता है; ऐसा क्यों होता है यह अभी तक ज्ञात नहीं है। एक संस्करण यह है कि यह अनुकूलन का परिणाम है, शरीर द्वारा बाहरी तनाव और आंतरिक "सुपर तनाव" - उम्र बढ़ने दोनों के अनुकूल होने का प्रयास।

यह संभव है कि उम्र से संबंधित डिमेथिलेशन के दौरान डीएनए "चालू" एक अतिरिक्त अनुकूली संसाधन है, जो विटौक्टा प्रक्रिया की अभिव्यक्तियों में से एक है (जैसा कि इसे उत्कृष्ट जेरोन्टोलॉजिस्ट व्लादिमीर वेनियामिनोविच फ्रोलकिस ने कहा था) - एक शारीरिक प्रक्रिया जो उम्र बढ़ने का प्रतिकार करती है।

जीन स्तर पर परिवर्तन करने के लिए, डीएनए के उत्परिवर्तित "अक्षर" को पहचानना और प्रतिस्थापित करना आवश्यक है, शायद जीन का एक भाग। अब तक, ऐसे ऑपरेशनों को अंजाम देने का सबसे आशाजनक तरीका जैव प्रौद्योगिकी है। लेकिन यह अभी भी एक प्रायोगिक दिशा है और इसमें अभी तक कोई बड़ी सफलता नहीं मिली है। मिथाइलेशन एक अधिक लचीली प्रक्रिया है; इसे बदलना आसान है, जिसमें औषधीय दवाओं की मदद भी शामिल है। क्या चयनात्मक रूप से नियंत्रण करना सीखना संभव है? इसके लिए और क्या करना बाकी है?

मिथाइलेशन की संभावना नहीं है. यह गैर-विशिष्ट है, यह "थोक" हर चीज़ को प्रभावित करता है। आप एक बंदर को पियानो की चाबियाँ बजाना सिखा सकते हैं, और वह उससे तेज़ आवाज़ निकालेगा, लेकिन उसके "मूनलाइट सोनाटा" बजाने की संभावना नहीं है। हालाँकि ऐसे उदाहरण हैं, जहाँ मिथाइलेशन की मदद से किसी जीव के फेनोटाइप को बदलना संभव था। सबसे प्रसिद्ध उदाहरण चूहों के साथ है - उत्परिवर्ती एगौटी जीन के वाहक (मैंने इसे पहले ही उद्धृत किया है)। इन चूहों में कोट का सामान्य रंग वापस आ गया क्योंकि मिथाइलेशन के कारण "दोषपूर्ण" जीन "बंद" हो गया था।

लेकिन जीन अभिव्यक्ति को चुनिंदा रूप से प्रभावित करना संभव है, और हस्तक्षेप करने वाले आरएनए, जो विशेष रूप से केवल "अपने" लोगों पर कार्य करते हैं, इसके लिए उत्कृष्ट हैं। ऐसा कार्य पहले से ही किया जा रहा है।

उदाहरण के लिए, अमेरिकी शोधकर्ताओं ने हाल ही में मानव ट्यूमर कोशिकाओं को उन चूहों में प्रत्यारोपित किया जिनकी प्रतिरक्षा प्रणाली दब गई थी, जो प्रतिरक्षाविहीन चूहों में स्वतंत्र रूप से गुणा और मेटास्टेसिस कर सकती थीं। वैज्ञानिक मेटास्टेसाइजिंग कोशिकाओं में व्यक्त लोगों की पहचान करने में सक्षम थे और संबंधित हस्तक्षेप करने वाले आरएनए को संश्लेषित करके और इसे चूहों में इंजेक्ट करके, "कैंसर" मैसेंजर आरएनए के संश्लेषण को अवरुद्ध करते थे और तदनुसार, ट्यूमर के विकास और मेटास्टेसिस को दबा देते थे।

अर्थात्, आधुनिक शोध के आधार पर, हम कह सकते हैं कि एपिजेनेटिक संकेत जीवित जीवों में होने वाली विभिन्न प्रक्रियाओं का आधार हैं। क्या रहे हैं? कौन से कारक उनके गठन को प्रभावित करते हैं? क्या वैज्ञानिक इन संकेतों को समझने में सक्षम हैं?

सिग्नल बहुत भिन्न हो सकते हैं. विकास और तनाव के दौरान, ये मुख्य रूप से एक हार्मोनल प्रकृति के संकेत होते हैं, लेकिन इस बात के सबूत हैं कि एक निश्चित आवृत्ति के कम आवृत्ति वाले विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का प्रभाव भी होता है, जिसकी तीव्रता प्राकृतिक विद्युत चुम्बकीय से एक लाख (!) गुना कम होती है। क्षेत्र, कोशिका संवर्धन क्षेत्रों में हीट शॉक प्रोटीन जीन (एचएसपी70) की अभिव्यक्ति को जन्म दे सकता है। इस मामले में, यह क्षेत्र, निश्चित रूप से, "ऊर्जावान रूप से" कार्य नहीं करता है, लेकिन एक प्रकार का सिग्नल "ट्रिगर" है जो जीन अभिव्यक्ति को "शुरू" करता है। यहां आज भी बहुत रहस्य है।

उदाहरण के लिए, हाल ही में खोला गया दर्शक प्रभाव("दर्शक प्रभाव")।
संक्षेप में इसका सार यह है. जब हम किसी सेल कल्चर को विकिरणित करते हैं, तो वे क्रोमोसोमल विपथन से लेकर रेडियोएडेप्टिव प्रतिक्रियाओं (विकिरण की उच्च खुराक को झेलने की क्षमता) तक प्रतिक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला का अनुभव करते हैं। लेकिन अगर हम सभी विकिरणित कोशिकाओं को हटा दें और अन्य, गैर-विकिरणित कोशिकाओं को शेष पोषक माध्यम में स्थानांतरित कर दें, तो वे समान प्रतिक्रियाएं दिखाएंगे, हालांकि किसी ने भी उन्हें विकिरणित नहीं किया है।

यह माना जाता है कि विकिरणित कोशिकाएं पर्यावरण में कुछ एपिजेनेटिक "सिग्नलिंग" कारक छोड़ती हैं, जो गैर-विकिरणित कोशिकाओं में समान परिवर्तन का कारण बनती हैं। अभी तक कोई नहीं जानता कि इन कारकों की प्रकृति क्या है।

जीवन की गुणवत्ता और जीवन प्रत्याशा में सुधार की बड़ी उम्मीदें स्टेम सेल अनुसंधान के क्षेत्र में वैज्ञानिक प्रगति से जुड़ी हैं। क्या एपिजेनेटिक्स कोशिकाओं को पुन: प्रोग्राम करने के अपने वादे को पूरा करने में सक्षम होगा? क्या इसके लिए कोई गंभीर पूर्वापेक्षाएँ हैं?

यदि दैहिक कोशिकाओं को स्टेम कोशिकाओं में "एपिजेनेटिक रिप्रोग्रामिंग" के लिए एक विश्वसनीय तकनीक विकसित की जाती है, तो यह निश्चित रूप से जीव विज्ञान और चिकित्सा में एक क्रांति होगी। अभी तक इस दिशा में केवल पहला कदम ही उठाया गया है, लेकिन वे उत्साहवर्धक हैं।

एक प्रसिद्ध कहावत: एक व्यक्ति वैसा ही है जैसा वह खाता है। भोजन का हमारे जीवन पर क्या प्रभाव पड़ता है? उदाहरण के लिए, मेलबर्न विश्वविद्यालय के आनुवंशिकीविदों, जिन्होंने सेलुलर मेमोरी के तंत्र का अध्ययन किया, ने पाया कि चीनी की एक बार की खुराक प्राप्त करने के बाद, कोशिका कई हफ्तों तक संबंधित रासायनिक मार्कर को संग्रहीत करती है।

एपिजेनेटिक्स पर भी एक विशेष खंड है - पोषण संबंधी एपिजेनेटिक्स, विशेष रूप से पोषण संबंधी विशेषताओं पर एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं की निर्भरता के मुद्दे से निपटना। ये विशेषताएं जीव विकास के शुरुआती चरणों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं। उदाहरण के लिए, जब एक बच्चे को माँ का दूध नहीं, बल्कि गाय के दूध पर आधारित सूखा फार्मूला खिलाया जाता है, तो उसके शरीर की कोशिकाओं में एपिजेनेटिक परिवर्तन होते हैं, जो कि छाप तंत्र द्वारा तय किए जाते हैं, समय के साथ एक ऑटोइम्यून प्रक्रिया की शुरुआत की ओर ले जाते हैं। अग्न्याशय की बीटा कोशिकाओं में और, परिणामस्वरूप, टाइप I मधुमेह।

चित्र में. मधुमेह का विकास (कर्सर से क्लिक करने पर आंकड़ा बड़ा हो जाता है)। टाइप 1 मधुमेह जैसी ऑटोइम्यून बीमारियों में, व्यक्ति की प्रतिरक्षा प्रणाली उसके अपने अंगों और ऊतकों पर हमला करती है।
रोग के पहले लक्षण प्रकट होने से बहुत पहले ही शरीर में कुछ स्वप्रतिपिंडों का उत्पादन शुरू हो जाता है। उनकी पहचान से बीमारी के विकास के जोखिम का आकलन करने में मदद मिल सकती है।
(पत्रिका "इन द वर्ल्ड ऑफ साइंस", जुलाई 2007 संख्या 7 से चित्रण)

और भ्रूण के विकास के दौरान अपर्याप्त (कैलोरी की संख्या में सीमित) पोषण वयस्कता में मोटापे और टाइप II मधुमेह का सीधा रास्ता है।

क्या इसका मतलब यह है कि एक व्यक्ति अभी भी न केवल अपने लिए, बल्कि अपने वंशजों के लिए भी जिम्मेदार है: बच्चे, पोते-पोतियां, परपोते?

हां, बिल्कुल, और पहले जितना सोचा गया था उससे कहीं अधिक हद तक।

तथाकथित जीनोमिक इम्प्रिंटिंग में एपिजेनेटिक घटक क्या है?

जीनोमिक इंप्रिंटिंग के साथ, एक ही जीन फेनोटाइपिक रूप से अलग-अलग दिखाई देता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि यह पिता या माता से संतानों में पारित हुआ है या नहीं। अर्थात्, यदि कोई जीन माँ से विरासत में मिला है, तो वह पहले से ही मिथाइलेटेड है और व्यक्त नहीं किया गया है, जबकि पिता से विरासत में मिला जीन मिथाइलेटेड नहीं है और व्यक्त किया गया है।

विभिन्न वंशानुगत बीमारियों के विकास में जीनोमिक इंप्रिंटिंग का सबसे अधिक सक्रिय रूप से अध्ययन किया गया है जो केवल एक निश्चित लिंग के पूर्वजों से संचरित होते हैं। उदाहरण के लिए, हंटिंगटन रोग का किशोर रूप तभी प्रकट होता है जब उत्परिवर्ती एलील पिता से विरासत में मिलता है, और एट्रोफिक मायोटोनिया - मां से।
और यह इस तथ्य के बावजूद है कि इन बीमारियों का कारण बनने वाली बीमारियाँ स्वयं बिल्कुल एक जैसी हैं, भले ही वे पिता या माता से विरासत में मिली हों। मतभेद "एपिजेनेटिक प्रागितिहास" में निहित हैं जो मातृ या, इसके विपरीत, पैतृक जीवों में उनकी उपस्थिति के कारण होता है। दूसरे शब्दों में, वे माता-पिता के लिंग की "एपिजेनेटिक छाप" रखते हैं। जब एक निश्चित लिंग के पूर्वज के शरीर में मौजूद होते हैं, तो वे मिथाइलेटेड (कार्यात्मक रूप से दमित) होते हैं, और दूसरे के - डिमेथिलेटेड (क्रमशः, व्यक्त), और उसी अवस्था में वंशजों को विरासत में मिलते हैं, जिससे आगे बढ़ते हैं (या अग्रणी नहीं होते हैं) कुछ बीमारियों का होना.

आप शरीर पर विकिरण के प्रभावों का अध्ययन कर रहे हैं। यह ज्ञात है कि विकिरण की कम खुराक फल मक्खियों के जीवनकाल पर सकारात्मक प्रभाव डालती है फल मक्खियाँ. क्या मानव शरीर को विकिरण की कम खुराक से प्रशिक्षित करना संभव है?पिछली शताब्दी के 70 के दशक में अलेक्जेंडर मिखाइलोविच कुज़िन द्वारा व्यक्त की गई खुराक, जो पृष्ठभूमि की तुलना में लगभग परिमाण का एक क्रम है, एक उत्तेजक प्रभाव पैदा करती है।

उदाहरण के लिए, केरल में, पृष्ठभूमि स्तर "औसत भारतीय" स्तर से 2 नहीं, बल्कि 7.5 गुना अधिक है, लेकिन न तो कैंसर की घटनाएँ और न ही इससे होने वाली मृत्यु दर सामान्य भारतीय जनसंख्या से भिन्न है।

(उदाहरण के लिए, इस विषय पर नवीनतम देखें: नायर आरआर, राजन बी, अकिबा एस, जयलक्ष्मी पी, नायर एमके, गंगाधरन पी, कोगा टी, मोरीशिमा एच, नाकामुरा एस, सुगाहारा टी। केरल में पृष्ठभूमि विकिरण और कैंसर की घटनाएं, भारत-कारनागप्पल्ली कोहोर्ट अध्ययन। स्वास्थ्य भौतिक. 2009 जनवरी;96(1):55-66)

अपने एक अध्ययन में, आपने 1990 और 2000 के बीच मरने वाले 105 हजार कीव निवासियों की जन्म और मृत्यु की तारीखों के आंकड़ों का विश्लेषण किया। क्या निष्कर्ष निकाले गए?

वर्ष के अंत में (विशेषकर दिसंबर में) जन्म लेने वाले लोगों की जीवन प्रत्याशा सबसे लंबी होती है, और अप्रैल-जुलाई में जन्म लेने वालों की जीवन प्रत्याशा सबसे कम होती है। न्यूनतम और अधिकतम मासिक औसत के बीच अंतर बहुत बड़ा हो गया और पुरुषों के लिए 2.6 वर्ष और महिलाओं के लिए 2.3 वर्ष तक पहुंच गया। हमारे परिणाम बताते हैं कि कोई व्यक्ति कितने समय तक जीवित रहेगा यह काफी हद तक उस वर्ष के मौसम पर निर्भर करता है जिसमें उसका जन्म हुआ था।

क्या प्राप्त जानकारी को लागू करना संभव है?

क्या हो सकती हैं सिफारिशें? उदाहरण के लिए, क्या बच्चों का गर्भधारण वसंत ऋतु में (अधिमानतः मार्च में) किया जाना चाहिए ताकि वे संभावित रूप से लंबे समय तक जीवित रहें? लेकिन ये बेतुका है. प्रकृति किसी को सब कुछ नहीं देती और किसी को कुछ नहीं। तो यह "मौसमी प्रोग्रामिंग" के साथ है। उदाहरण के लिए, कई देशों (इटली, पुर्तगाल, जापान) में किए गए अध्ययनों से पता चला कि स्कूली बच्चों और छात्रों का जन्म वसंत के अंत में - गर्मियों की शुरुआत में (हमारे आंकड़ों के अनुसार - "अल्पकालिक") में सबसे अधिक बौद्धिक क्षमताएं होती हैं। ये अध्ययन वर्ष के कुछ महीनों के दौरान बच्चे पैदा करने के लिए "लागू" सिफारिशों की निरर्थकता को प्रदर्शित करते हैं। लेकिन ये कार्य, निश्चित रूप से, "प्रोग्रामिंग" निर्धारित करने वाले तंत्रों में आगे के वैज्ञानिक अनुसंधान के साथ-साथ भविष्य में जीवन को लम्बा करने के लिए इन तंत्रों के लक्षित सुधार के साधनों की खोज के लिए एक गंभीर कारण हैं।

रूस में एपिजेनेटिक्स के अग्रदूतों में से एक, मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर बोरिस वैन्युशिन ने अपने काम "एपिजेनेटिक्स का भौतिकीकरण या बड़े परिणामों के साथ छोटे परिवर्तन" में लिखा है कि पिछली शताब्दी आनुवंशिकी की सदी थी, और वर्तमान सदी आनुवंशिकी की सदी है। एपिजेनेटिक्स

क्या हमें एपिजिनेटिक्स की स्थिति का इतने आशावादी ढंग से मूल्यांकन करने की अनुमति देता है?

मानव जीनोम कार्यक्रम के पूरा होने के बाद, वैज्ञानिक समुदाय हैरान रह गया: यह पता चला कि किसी व्यक्ति की संरचना और कार्यप्रणाली के बारे में जानकारी लगभग 30 हजार जीनों में निहित है (विभिन्न अनुमानों के अनुसार, यह केवल 8-10 मेगाबाइट है) जानकारी)। एपिजेनेटिक्स के क्षेत्र में काम करने वाले विशेषज्ञ इसे "दूसरी सूचना प्रणाली" कहते हैं और मानते हैं कि शरीर के विकास और कामकाज को नियंत्रित करने वाले एपिजेनेटिक तंत्र को समझने से जीव विज्ञान और चिकित्सा में क्रांति आ जाएगी।

उदाहरण के लिए, कई अध्ययन पहले से ही ऐसे चित्रों में विशिष्ट पैटर्न की पहचान करने में सक्षम हैं। उनके आधार पर, डॉक्टर प्रारंभिक चरण में कैंसर के गठन का निदान कर सकते हैं।
लेकिन क्या ऐसी परियोजना संभव है?

हां, बिल्कुल, हालांकि यह बहुत महंगा है और किसी संकट के दौरान इसे शायद ही लागू किया जा सकता है। लेकिन लंबी अवधि में - बिल्कुल।

1970 में वापस, पत्रिका में वानुशिन का समूह "प्रकृति"कोशिका विभेदन को क्या नियंत्रित करता है, इस पर डेटा प्रकाशित किया गया, जिससे जीन अभिव्यक्ति में अंतर होता है। और आपने इस बारे में बात की. लेकिन यदि किसी जीव की प्रत्येक कोशिका में एक ही जीनोम होता है, तो प्रत्येक प्रकार की कोशिका का अपना एपिजेनोम होता है, और तदनुसार डीएनए को अलग-अलग तरीके से मिथाइलेट किया जाता है। यह देखते हुए कि मानव शरीर में लगभग ढाई सौ प्रकार की कोशिकाएँ हैं, जानकारी की मात्रा बहुत अधिक हो सकती है।

यही कारण है कि ह्यूमन एपिजेनोम परियोजना को लागू करना बहुत कठिन (हालाँकि निराशाजनक नहीं) है।

उनका मानना ​​है कि छोटी-छोटी घटनाएं भी किसी व्यक्ति के जीवन पर बहुत बड़ा प्रभाव डाल सकती हैं: “अगर पर्यावरण हमारे जीनोम को बदलने में ऐसी भूमिका निभाता है, तो हमें जैविक और सामाजिक प्रक्रियाओं के बीच एक पुल बनाना होगा। यह चीजों को देखने के हमारे नजरिये को बिल्कुल बदल देगा।”

क्या यह सब इतना गंभीर है?

निश्चित रूप से। अब, एपिजेनेटिक्स के क्षेत्र में नवीनतम खोजों के संबंध में, कई वैज्ञानिक कई प्रावधानों पर आलोचनात्मक पुनर्विचार की आवश्यकता के बारे में बात कर रहे हैं जो या तो अटल या हमेशा के लिए खारिज कर दिए गए थे, और यहां तक ​​कि जीव विज्ञान में मौलिक प्रतिमानों को बदलने की आवश्यकता के बारे में भी बात कर रहे हैं। सोच में ऐसी क्रांति निश्चित रूप से लोगों के जीवन के सभी पहलुओं पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है, उनके विश्वदृष्टिकोण और जीवनशैली से लेकर जीव विज्ञान और चिकित्सा में खोजों के विस्फोट तक।

फेनोटाइप के बारे में जानकारी न केवल जीनोम में निहित है, बल्कि एपिजेनोम में भी निहित है, जो प्लास्टिक है और कुछ पर्यावरणीय उत्तेजनाओं के प्रभाव में बदल सकता है, जीन की अभिव्यक्ति को प्रभावित कर सकता है - आणविक जीव विज्ञान के केंद्रीय सिद्धांत का विरोधाभास, तदनुसार जिसमें सूचना का प्रवाह केवल डीएनए से प्रोटीन तक ही जा सकता है, विदेशों तक नहीं।
प्रारंभिक ओटोजेनेसिस में प्रेरित एपिजेनेटिक परिवर्तनों को छाप तंत्र द्वारा दर्ज किया जा सकता है और किसी व्यक्ति के पूरे बाद के भाग्य को बदल सकता है (मनोविज्ञान, चयापचय, रोगों की प्रवृत्ति आदि सहित) - राशि चक्र ज्योतिष।
विकास का कारण, प्राकृतिक चयन द्वारा चुने गए यादृच्छिक परिवर्तनों (उत्परिवर्तन) के अलावा, निर्देशित, अनुकूली परिवर्तन (एपिमुटेशन) हैं - फ्रांसीसी दार्शनिक (साहित्य में नोबेल पुरस्कार विजेता, 1927) हेनरी बर्गसन द्वारा रचनात्मक विकास की अवधारणा।
एपिमुटेशन को पूर्वजों से वंशजों तक प्रेषित किया जा सकता है - अर्जित विशेषताओं की विरासत, लामार्चिज़्म।

निकट भविष्य में किन महत्वपूर्ण प्रश्नों के उत्तर देने की आवश्यकता होगी?

एक बहुकोशिकीय जीव का विकास कैसे होता है, उन संकेतों की प्रकृति क्या है जो शरीर के विभिन्न अंगों की घटना, संरचना और कार्यों के समय को इतनी सटीकता से निर्धारित करते हैं?

क्या एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं को प्रभावित करके जीवों को वांछित दिशा में बदलना संभव है?

क्या एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं को ठीक करके एपिजेनेटिक रूप से निर्धारित बीमारियों, जैसे मधुमेह और कैंसर, के विकास को रोकना संभव है?

उम्र बढ़ने की प्रक्रिया में एपिजेनेटिक तंत्र की क्या भूमिका है, क्या उनकी मदद से जीवन को लम्बा खींचना संभव है?

क्या यह संभव है कि जीवित प्रणालियों (गैर-डार्विनियन विकास) के विकास के वर्तमान में समझ से बाहर के पैटर्न को एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं की भागीदारी से समझाया गया है?

स्वाभाविक रूप से, यह केवल मेरी व्यक्तिगत सूची है; यह अन्य शोधकर्ताओं के लिए भिन्न हो सकती है।