एपिजेनेटिक्स: हमारे आनुवंशिक कोड को कौन नियंत्रित करता है? एपिजेनोम: कोशिका के अंदर समानांतर वास्तविकता एपिजेनेटिक परिवर्तन

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 सभी वंशानुगत जानकारी शामिल होती है दिया गया जीव, को जीनोम कहा जाता 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 जीन में कोई 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 खेलता है महत्वपूर्ण भूमिकाकामकाज में स्वस्थ कोशिकाएं, ट्रांसपोज़न के नियंत्रण में, जीन की सक्रियता और दमन प्रदान करता है, 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 पड़ता है बडा महत्वएक स्वस्थ जीव के विकास और कार्यप्रणाली के लिए, विदेशी मूल के जीनोम के एक महत्वपूर्ण हिस्से को दबाने के लिए, यानी, प्रतिकृति क्षणिक तत्वों, वायरल और अन्य दोहराए जाने वाले अनुक्रमों को।

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। के बीच सीधा संबंध स्थापित हो गया है उच्च स्तरडीएनए मिथाइलेशन और दमित जीन की संख्या।

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। पर कुछ शर्तेंप्रियन का सामान्य आकार 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 एपिजेनेटिक 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 घटना अनुवाद के बाद के स्तर पर एपिजेनेटिक वंशानुक्रम और जीन अभिव्यक्ति के विनियमन 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) - क्रानियोफेशियल 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 हैं नीचला जबड़ा, उभरी हुई जीभ, मैक्रोस्टोमिया, विरल दांत, हाइपोपिगमेंटेशन; 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, शामिल हैं। दमा, विभिन्न अपक्षयी और अन्य बीमारियाँ।

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 की जाएगी।

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

साहित्य

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वी.वी. स्मिरनोव 1, चिकित्सक चिकित्सीय विज्ञान, 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

एपिजेनेटिक्स का तेजी से अध्ययन हमें सभी जीवित जीवों की आंतरिक प्रणालियों की संरचना और कार्यप्रणाली के सबसे बुनियादी सिद्धांतों को समझने के करीब लाता है।

क्या आप जानते हैं कि हमारी कोशिकाओं में स्मृति होती है? वे न केवल यह याद रखते हैं कि आप आमतौर पर नाश्ते में क्या खाते हैं, बल्कि यह भी याद रखते हैं कि गर्भावस्था के दौरान आपकी माँ और दादी ने क्या खाया था। कोशिकाएं अच्छी तरह याद रखती हैं कि आप खेल खेलते हैं या नहीं और कितनी बार शराब पीते हैं। सेल्युलर मेमोरी वायरस के साथ आपकी मुठभेड़* को संग्रहीत करती है और आपको बचपन में कितना प्यार किया जाता था। सेलुलर मेमोरी यह तय करती है कि आप मोटापे और अवसाद से ग्रस्त हैं या नहीं। और मोटे तौर पर सेलुलर मेमोरी के लिए धन्यवाद, हम चिंपैंजी से भिन्न हैं, हालांकि हमारे पास लगभग समान जीनोम संरचना है। एपिजेनेटिक्स के विज्ञान ने हमें हमारी कोशिकाओं की इस अद्भुत विशेषता को समझने में मदद की।

* - प्रतिरक्षा प्रणाली यह काम सबसे कुशलता से करती है, शरीर पर कभी भी आक्रमण करने वाले अधिकांश वायरस के प्रति एंटीबॉडी बनाए रखती है। यह इन एंटीबॉडी के व्यक्तिगत प्रोफाइल हैं जिन्हें अब विरोस्कैन विधि का उपयोग करके "पढ़ा" जा सकता है, और प्रतिरक्षा लड़ाई का पूरा इतिहास एक माइक्रोलीटर रक्त का उपयोग करके दर्ज किया जा सकता है: "जांच विरोस्कैन द्वारा की जा रही है। एक नया दृष्टिकोण उन अधिकांश वायरस की पहचान करता है जिनका मनुष्यों ने सामना किया है।"

एपिजेनेटिक परिदृश्य

एपिजेनेटिक्स आधुनिक विज्ञान का एक काफी युवा क्षेत्र है। और जबकि यह अपनी "बहन" - आनुवंशिकी के रूप में व्यापक रूप से ज्ञात नहीं है। ग्रीक से अनुवादित, उपसर्ग "एपि-" का अर्थ है "ऊपर", "ऊपर", "ऊपर"। यदि आनुवंशिकी उन प्रक्रियाओं का अध्ययन करती है जो हमारे जीन, डीएनए में परिवर्तन का कारण बनती हैं, तो एपिजेनेटिक्स जीन गतिविधि में परिवर्तन का अध्ययन करता है, जिसमें डीएनए की प्राथमिक संरचना समान रहती है। एपिजेनेटिक्स एक "कमांडर" की तरह है, जो बाहरी उत्तेजनाओं (जैसे पोषण, भावनात्मक तनाव) के जवाब में शारीरिक व्यायाम) हमारे जीन को उनकी गतिविधि को मजबूत करने या इसके विपरीत कमजोर करने का आदेश देता है।*

* - एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं और संबंधित घटनाओं का लेखों में विस्तार से वर्णन किया गया है: "विकास और एपिजेनेटिक्स, या मिनोटौर की कहानी," "एपिजेनेटिक घड़ी: आपका मिथाइलोम कितना पुराना है?" , "दुनिया के सभी आरएनए के बारे में, बड़े और छोटे", "छठा डीएनए आधार: खोज से पहचान तक"।

शायद सबसे अधिक क्षमतावान और एक ही समय में सटीक परिभाषाउत्कृष्ट अंग्रेजी जीवविज्ञानी, नोबेल पुरस्कार विजेता पीटर मेडावर का कहना है: "जेनेटिक्स सुझाव देता है, लेकिन एपिजेनेटिक्स निपटान करता है।"

आणविक जीव विज्ञान की एक अलग शाखा के रूप में एपिजेनेटिक्स का विकास पिछली शताब्दी के चालीसवें दशक में शुरू हुआ। तब अंग्रेजी आनुवंशिकीविद् कॉनराड वाडिंगटन ने जीव निर्माण की प्रक्रिया को समझाते हुए "एपिजेनेटिक लैंडस्केप" (चित्र 1) की अवधारणा तैयार की। एपिजेनेटिक्स को एक नए वैज्ञानिक अनुशासन के रूप में गंभीरता से लेने में कई दशक लग गए। यह स्थिति लंबे समय तक बनी रही क्योंकि एपिजेनेटिक्स ने अपने निष्कर्षों से आनुवंशिकी में स्थापित सिद्धांतों को कमजोर कर दिया। उदाहरण के लिए, अर्जित विशेषताओं की विरासत के संबंध में। बी मैक्लिंटॉक के मोबाइल जीनोम तत्वों की खोज की स्थिति, जिस पर आधी सदी तक बहुत कम लोग विश्वास करना चाहते थे, लगभग एक दर्पण छवि थी। लेकिन 1970 के दशक में जॉन गुर्डन, रॉबिन हॉलिडे, बोरिस वैन्युशिन और अन्य द्वारा किए गए परिभाषित कार्यों की एक श्रृंखला के बाद, एपिजेनेटिक्स को अंततः गंभीरता से लिया गया। और हाल ही में, सहस्राब्दी के मोड़ पर, कई शानदार प्रयोग किए गए, जिसके बाद यह स्पष्ट हो गया कि जीनोम पर प्रभाव के एपिजेनेटिक तंत्र न केवल शरीर प्रणालियों के कामकाज में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, बल्कि विरासत में भी मिल सकते हैं। कई पीढ़ियों में. कई प्रयोगशालाओं ने तुरंत ऐसे साक्ष्य प्राप्त किए जिससे आनुवंशिकीविदों को विराम लग गया।

चित्र 1. के.एच. वाडिंगटन और "एपिजेनेटिक लैंडस्केप" का उनका चित्रण।शीर्ष पर स्थित गेंद भ्रूण की प्रारंभिक गैर-विशिष्ट कोशिकाओं का प्रतिनिधित्व करती है। आनुवंशिक और एपिजेनेटिक संकेतों के प्रभाव में, कोशिका को ओटोजेनेसिस (विकास) का एक प्रक्षेपवक्र दिया जाएगा, और यह विशिष्ट बन जाएगी - हृदय, यकृत, आदि की एक कोशिका। साइट www.computerra.ru से चित्रण।

चित्र 2. दो फल मक्खियों की आँखें।
आंखों का अलग-अलग रंग किसके कारण होता है?
एपिजेनेटिक परिवर्तन.
चित्र www.ethlife.ethz.ch से।

चित्र 3. रैंडी गर्टल की प्रयोगशाला से प्रायोगिक चूहे।
आप देख सकते हैं कि शावकों के फर का रंग किस प्रकार बदलता है
माँ के मिथाइल समूह दाताओं के सेवन से - फोलिक एसिड,
विटामिन बी 12, कोलीन और मेथिओनिन। से आरेखण.

वैज्ञानिकों को एक सनसनीखेज निष्कर्ष निकालने के लिए मजबूर होना पड़ा: तनाव-प्रेरित एपिजेनेटिक परिवर्तन जो डीएनए न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को प्रभावित नहीं करते हैं, उन्हें ठीक किया जा सकता है और अगली पीढ़ियों तक प्रसारित किया जा सकता है!

किस्मत सिर्फ जीन्स में नहीं लिखी होती

बाद में यह पता चला कि मनुष्यों में एपिजेनेटिक तंत्र (चित्र 4, 5) का प्रभाव उतना ही महान है। जिन अध्ययनों पर नीचे चर्चा की जाएगी, वे व्यापक रूप से ज्ञात हो गए हैं - उनका उल्लेख एपिजेनेटिक्स पर लगभग हर वैज्ञानिक कार्य में किया गया है। 2000 के दशक के अंत में हॉलैंड और संयुक्त राज्य अमेरिका के वैज्ञानिकों ने द्वितीय विश्व युद्ध के तुरंत बाद पैदा हुए बुजुर्ग डच लोगों की जांच की। उनकी माताओं की गर्भावस्था की अवधि बहुत कठिन समय के साथ मेल खाती थी, जब 1944-1945 की सर्दियों में हॉलैंड में थे। वहाँ असली भूख थी. वैज्ञानिक यह स्थापित करने में सक्षम थे: गंभीर भावनात्मक तनाव और माताओं के आधे भूखे आहार का भविष्य के बच्चों के स्वास्थ्य पर सबसे नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। जन्म के समय कम वजन के साथ जन्मे, उनमें वयस्कता में हृदय रोग, मोटापा और मधुमेह होने की संभावना एक या दो साल बाद (या उससे पहले) पैदा हुए उनके हमवतन लोगों की तुलना में कई गुना अधिक थी।

उनके जीनोम के विश्लेषण से पता चला कि ठीक उन क्षेत्रों में डीएनए मिथाइलेशन की अनुपस्थिति है जहां यह अच्छे स्वास्थ्य का संरक्षण सुनिश्चित करता है। इस प्रकार, बुजुर्ग डच लोगों में जिनकी माताएं अकाल से बच गईं, इंसुलिन जैसे विकास कारक 2 (IGF-2) जीन का मिथाइलेशन काफी कम हो गया था, जिसके कारण रक्त में IGF-2 की मात्रा बढ़ गई। और यह कारक, जैसा कि ज्ञात है, जीवन प्रत्याशा के साथ विपरीत संबंध रखता है: शरीर में आईजीएफ का स्तर जितना अधिक होगा, जीवन उतना ही छोटा होगा।

चित्र 4. क्रोमैटिन संरचना और एपिजेनेटिक संशोधनों के तंत्र।क्रोमैटिन प्रोटीन और न्यूक्लियोटाइड का एक जटिल है जो डीएनए के विश्वसनीय भंडारण और सामान्य कामकाज को सुनिश्चित करता है। हमारी कोशिकाओं में डीएनए की पैकेजिंग पोशाक आभूषणों के गोदाम की तरह होती है। अन्यथा, दो मीटर लंबे डीएनए हेलिक्स को एक छोटे कोशिका केंद्रक में फिट करना असंभव है। डीएनए स्ट्रैंड को असंख्य "मोतियों" के चारों ओर डेढ़ चक्कर घुमाया जाता है न्यूक्लियोसोम.ये न्यूक्लियोसोम, बदले में, कई विशेष प्रोटीन से बने होते हैं, हिस्टोन्स. हिस्टोन में "पूंछ" होती है - प्रोटीन वृद्धि जिसे विशेष एंजाइमों द्वारा लंबा या छोटा किया जा सकता है। ऐसी "पूंछ" की लंबाई सीधे उसके पास स्थित जीन की गतिविधि के स्तर को प्रभावित करती है। से आरेखण.

यदि जन्म के बाद वास्तव में कम भोजन मिलता है, तो इससे शरीर को जीवित रहने में मदद मिलती है। यदि जिस दुनिया में व्यक्ति खुद को पाता है वह अनुमान से अधिक समृद्ध हो जाती है, तो चयापचय की यह "मितव्ययी" प्रकृति जीवन के बाद के चरणों में मोटापा और टाइप 2 मधुमेह का कारण बन सकती है। यह वह विकल्प है जिसे हम आज सबसे अधिक बार देखते हैं।

चित्र 5. न्यूक्लियोसोम की एक्स-रे क्रिस्टल संरचना।हिस्टोन को पीले, लाल, नीले और हरे रंग में दिखाया गया है। से आरेखण.

एपिजेनेटिक्स ने एक बहुत ही महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकालने में मदद की: वस्तुतः बच्चे का संपूर्ण भविष्य का जीवन इस बात पर निर्भर करेगा कि गर्भावस्था के दौरान माँ ने क्या खाया, वह किस मनोवैज्ञानिक स्थिति में थी और जन्म के बाद पहले वर्षों में उसने बच्चे को कितना समय दिया। . इस समय हर चीज़ का फाउन्डेशन पड़ता है।

डीएनए मिथाइलेशन

चित्र 6. डीएनए के साइटोसिन बेस का मिथाइलेशन।मिथाइलेटेड साइटोसिन का आरेख। तीर के साथ हरा अंडाकारमुख्य मिथाइलेशन एंजाइम दिखाया गया है - डीएनए मिथाइलट्रांसफेरेज़ (डीएनएमटी), लाल वृत्त- मिथाइल समूह (-सीएच 3)। साइट www.myshared.ru से चित्रण।

डीएनए मिथाइलेशन का सभी एपिजेनेटिक तंत्रों में सबसे बड़ा व्यावहारिक महत्व है, क्योंकि यह सीधे आहार, भावनात्मक स्थिति से संबंधित है। मस्तिष्क गतिविधिऔर अन्य कारक। इसलिए इस बारे में अधिक विस्तार से बात करना उचित है। और हम आहार से शुरुआत करेंगे।

आज यह पहले से ही ज्ञात है कि कई खाद्य उत्पादों में ऐसे घटक होते हैं जो एक निश्चित तरीके से एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं को प्रभावित करते हैं। लगभग सभी महिलाएं जानती हैं कि गर्भावस्था के दौरान पर्याप्त मात्रा में फोलिक एसिड का सेवन करना बहुत जरूरी है। एपिजेनेटिक्स हमें आहार में इस एसिड के असाधारण महत्व को समझने में मदद करता है: आखिरकार, यह सब डीएनए मिथाइलेशन के बारे में है। फोलिक एसिड, विटामिन बी12 और अमीनो एसिड मेथियोनीन के साथ, सामान्य मिथाइलेशन के लिए आवश्यक मिथाइल समूहों का दाता ("आपूर्तिकर्ता") है। मिथाइलेशन सीधे तौर पर बच्चे के सभी अंगों और प्रणालियों के विकास और गठन से जुड़ी कई प्रक्रियाओं में शामिल होता है: भ्रूण में एक्स क्रोमोसोम का निष्क्रिय होना, और जीनोमिक इंप्रिंटिंग, और सेल भेदभाव * में। तदनुसार, फोलिक एसिड लेने से, गर्भवती माँ के पास असामान्यताओं के बिना एक स्वस्थ बच्चे को जन्म देने की अच्छी संभावना होती है।

* - यह "बायोमोलेक्यूल" पर लेखों में विस्तार से लिखा गया है: "एक्स गुणसूत्र के साथ गैर-कोडिंग आरएनए अस्तित्व की रहस्यमय यात्रा" और "एक उभयलिंगी राउंडवॉर्म के एक्स गुणसूत्र के जीवन की कहानियां"।

शाकाहारी भोजन से विटामिन बी12 और मेथिओनिन प्राप्त करना लगभग असंभव है, क्योंकि वे मुख्य रूप से पशु उत्पादों में पाए जाते हैं। और गर्भवती महिला के उपवास आहार के कारण होने वाली विटामिन बी12 और मेथियोनीन की कमी से बच्चे के लिए सबसे अप्रिय परिणाम हो सकते हैं। हाल ही में यह पता चला है कि आहार में इन दो पदार्थों के साथ-साथ फोलिक एसिड की कमी से भ्रूण में गुणसूत्र विचलन का उल्लंघन हो सकता है। और इससे बच्चे में डाउन सिंड्रोम होने का खतरा बहुत बढ़ जाता है, जिसे आमतौर पर एक साधारण दुखद दुर्घटना माना जाता है। इन तथ्यों के प्रकाश में, माता-पिता की ज़िम्मेदारी बहुत बढ़ जाती है, और अब हर चीज़ को दुर्घटना के लिए जिम्मेदार ठहराना मुश्किल होगा।

यह भी ज्ञात है कि गर्भावस्था के दौरान कुपोषण और तनाव से माँ और भ्रूण के शरीर में कई हार्मोनों की सांद्रता में परिवर्तन होता है: ग्लूकोकार्टोइकोड्स, कैटेकोलामाइन, इंसुलिन, वृद्धि हार्मोन, आदि। इसके कारण, नकारात्मक एपिजेनेटिक परिवर्तन होते हैं। हाइपोथैलेमस और पिट्यूटरी ग्रंथि की कोशिकाओं में भ्रूण (क्रोमैटिन रीमॉडलिंग)। इसका अर्थ क्या है? तथ्य यह है कि बच्चा हाइपोथैलेमिक-पिट्यूटरी नियामक प्रणाली के विकृत कार्य के साथ पैदा होगा। इस वजह से, वह बहुत अलग प्रकृति के तनाव से निपटने में कम सक्षम होगा: संक्रमण, शारीरिक और मानसिक तनाव, आदि। यह बिल्कुल स्पष्ट है कि, गर्भावस्था के दौरान खराब खान-पान और चिंता से माँ अपने अजन्मे बच्चे को हर तरफ से हारा हुआ, कमजोर बना देती है।

एपिजेनोम प्लास्टिसिटी: खतरे और अवसर

यह पता चला कि तनाव और कुपोषण की तरह, भ्रूण का स्वास्थ्य कई पदार्थों से प्रभावित हो सकता है जो सामान्य प्रक्रियाओं को विकृत करते हैं हार्मोनल विनियमन(चित्र 7)। उन्हें "एंडोक्राइन डिसरप्टर्स" (विनाशक) कहा जाता है। ये पदार्थ, एक नियम के रूप में, कृत्रिम प्रकृति के हैं: मानवता इन्हें अपनी आवश्यकताओं के लिए औद्योगिक रूप से प्राप्त करती है। सबसे हड़ताली और नकारात्मक उदाहरण शायद बिस्फेनॉल ए है, जिसका उपयोग कई वर्षों से प्लास्टिक उत्पादों के निर्माण में हार्डनर के रूप में किया जाता रहा है। यह आज खाद्य उद्योग में उपयोग किए जाने वाले सभी प्लास्टिक कंटेनरों में निहित है: प्लास्टिक की बोतलेंपानी और पेय के लिए, खाद्य कंटेनरों में और भी बहुत कुछ। बिस्फेनॉल ए डिब्बाबंद भोजन और पेय पदार्थों के डिब्बों (डिब्बों की परत) के साथ-साथ दांतों की फिलिंग में भी मौजूद होता है।

चित्र 7. "अंतःस्रावी अवरोधकों" के प्रभाव में असामान्यताओं के विकास के आणविक घटक: बिस्फेनॉल ए (ए)और फ़ेथलेट्स (बी). से आरेखण. चित्र को पूर्ण आकार में देखने के लिए उस पर क्लिक करें।

यह स्पष्ट है कि, किसी न किसी तरह, प्लास्टिक के साथ भोजन के संपर्क के परिणामस्वरूप, बिस्फेनॉल का कुछ हिस्सा मानव शरीर में प्रवेश करता है। ऐसे "संवर्धन" के परिणाम वर्तमान में सक्रिय अध्ययन के अधीन हैं। लेकिन चिंताजनक तथ्य पहले से ही सामने आ रहे हैं।

इस प्रकार, हार्वर्ड मेडिकल स्कूल के जीवविज्ञानी - कैथरीन राकोव्स्की और उनके सहयोगियों - ने अंडे की परिपक्वता को रोकने के लिए बिस्फेनॉल ए की क्षमता की खोज की और जिससे बांझपन हो गया। बिस्फेनॉल ने अंडों में क्रोमोसोमल असामान्यताओं की घटनाओं को बहुत बढ़ा दिया। वैज्ञानिकों का निष्कर्ष स्पष्ट था: "चूंकि इस पदार्थ का संपर्क हर जगह होता है, इसलिए डॉक्टरों को यह जानना होगा कि बिस्फेनॉल ए प्रजनन प्रणाली में महत्वपूर्ण गड़बड़ी पैदा कर सकता है।"

कोलंबिया विश्वविद्यालय के उनके सहयोगियों ने जानवरों के साथ प्रयोग में एक और चौंकाने वाला तथ्य उजागर किया। उन्होंने लिंगों के बीच अंतर मिटाने और समलैंगिक प्रवृत्ति वाली संतानों के जन्म को प्रोत्साहित करने की बिस्फेनॉल ए की क्षमता की खोज की। बिस्फेनॉल के प्रभाव में, एस्ट्रोजेन, महिला सेक्स हार्मोन के लिए रिसेप्टर्स को एन्कोडिंग करने वाले जीन का सामान्य मिथाइलेशन बाधित हो गया था। इस वजह से, नर चूहे "स्त्री" चरित्र के साथ पैदा हुए - विनम्र और शांत। नर-नारी के व्यवहार में अंतर मिट गया। प्रोफेसर एफ. शैंपेन और उनके सहयोगियों को यह कहने के लिए मजबूर होना पड़ा: "हमने दिखाया है कि बिस्फेनॉल ए की कम खुराक के संपर्क में आने से स्थायी एपिसोडिक समस्या हो जाती है।" आनुवंशिक विकारमस्तिष्क में, जो मस्तिष्क के कार्य और व्यवहार पर BPA के मजबूत प्रभाव को रेखांकित कर सकता है - विशेष रूप से लिंग अंतर के संबंध में।"

अन्य अध्ययनों से पता चलता है कि बिस्फेनॉल ए में बहुत मजबूत एस्ट्रोजेनिक गतिविधि होती है (यह कुछ भी नहीं है कि इसे "सर्वव्यापी ज़ेनोएस्ट्रोजन" कहा जाता है) और मिथाइलेशन प्रोफाइल को बदलने में सक्षम है, और इसलिए कुछ जीनों की गतिविधि (उदाहरण के लिए, होक्सा 10) के दौरान भ्रूण विकास. मानव स्वास्थ्य के लिए इसके परिणाम सबसे प्रतिकूल हो सकते हैं - वयस्कता में, कुछ बीमारियों (मोटापा, मधुमेह, प्रजनन संबंधी विकार, आदि) विकसित होने का खतरा बढ़ जाता है।

लेकिन, सौभाग्य से, इसके विपरीत उदाहरण भी हैं। इस प्रकार, यह ज्ञात है कि हरी चाय के नियमित सेवन से कैंसर का खतरा कम हो सकता है, क्योंकि इसमें एपिगैलोकैटेचिन-3-गैलेट नामक पदार्थ होता है, जो जीन को सक्रिय कर सकता है जो उनके डीएनए को डीमिथाइलेट करके ट्यूमर के विकास को रोकता है। हाल के वर्षों में एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं का एक बहुत लोकप्रिय न्यूनाधिक जेनिस्टिन है, जो सोया उत्पादों में निहित है। कई शोधकर्ता सीधे तौर पर एशियाई लोगों के आहार में सोया सामग्री को उनकी उम्र से संबंधित कुछ बीमारियों के प्रति कम संवेदनशीलता से जोड़ते हैं।

क्या चरित्र नियति है?

एपिजेनेटिक्स ने हमें यह समझने में भी मदद की है कि क्यों कुछ लोग लचीले और आशावादी होते हैं, जबकि अन्य घबराहट और अवसाद से ग्रस्त होते हैं*। जैसा कि वैज्ञानिक दुनिया में प्रथागत है, प्रयोग सबसे पहले जानवरों के साथ किए गए थे। कार्यों की यह श्रृंखला व्यापक रूप से प्रसिद्ध हुई और इसे "चाटना और संवारना" के नाम से जाना जाने लगा। मैकगिल विश्वविद्यालय के कनाडाई जीवविज्ञानी - माइकल मीनी और उनके सहयोगियों - ने संतानों के जीवन के पहले महीनों में चूहों में मातृ देखभाल के प्रभाव का अध्ययन करना शुरू किया। पिल्लों को दो समूहों में बाँटकर, उन्होंने जन्म के तुरंत बाद उनकी माँ से कूड़े का एक हिस्सा ले लिया। चाट के रूप में मातृ देखभाल न मिलने के कारण, ऐसे सभी पिल्ले "अपर्याप्त" बड़े हुए: घबराए हुए, मिलनसार नहीं, आक्रामक और कायर।

* - इसके बारे में अधिक जानकारी के लिए, "बायोमोलेक्यूल" पर लेख देखें: "विकास और एपिजेनेटिक्स, या मिनोटौर की कहानी" और "व्यवहार के एपिजेनेटिक्स: आपकी दादी का अनुभव आपके जीन को कैसे प्रभावित करता है।"

समूह के सभी पिल्ले जिन्हें पूर्ण मातृ देखभाल प्राप्त हुई, वे चूहों के रूप में विकसित हुए: ऊर्जावान, अच्छी तरह से प्रशिक्षित और सामाजिक रूप से सक्रिय। इतने आश्चर्यजनक अंतर का कारण क्या है? संतानों में मानसिक विशेषताओं के विकास पर मातृ देखभाल का निर्णायक प्रभाव क्यों पड़ा? डीएनए विश्लेषण से इन सवालों के जवाब देने में मदद मिली।

चूहों के डीएनए की जांच करके, वैज्ञानिकों ने पाया कि जिन पिल्लों को उनकी माताओं ने नहीं चाटा था, उन्होंने मस्तिष्क के हिप्पोकैम्पस नामक क्षेत्र में नकारात्मक एपिजेनेटिक परिवर्तन का अनुभव किया। हिप्पोकैम्पस में तनाव हार्मोन के रिसेप्टर्स की संख्या कम हो गई थी। और ठीक इसी वजह से अपर्याप्त प्रतिक्रिया देखी गई तंत्रिका तंत्रपर बाहरी उत्तेजन: पिट्यूटरी ग्रंथि ने तनाव हार्मोन के अत्यधिक उत्पादन का आदेश दिया। दूसरे शब्दों में, जिन स्थितियों को सामान्य चूहों ने शांति से सहन कर लिया, उन संतानों में अनुचित रूप से मजबूत तनाव पैदा हुआ जिन्हें मातृ देखभाल नहीं मिली।

जैसा कि यह पता चला है, ऊपर वर्णित हर चीज़ मानव विकास पर बिल्कुल लागू होती है। उन बच्चों पर कई अध्ययन किए गए हैं जो बचपन में माता-पिता की देखभाल से वंचित थे या किसी प्रकार की हिंसा के संपर्क में थे। ये सभी बच्चे, बिना किसी अपवाद के, बाद में तंत्रिका तंत्र के किसी न किसी विकृत कार्य के साथ बड़े हुए। और ये विकृतियाँ मस्तिष्क कोशिकाओं में एपिजेनेटिक रूप से तय की गईं। ऐसे सभी बच्चों में कमजोर उत्तेजनाओं के प्रति भी अपर्याप्त प्रतिक्रिया देखी गई, जो आमतौर पर समृद्ध बच्चों द्वारा समझी जाती है। यह सब वयस्कता में शराब, नशीली दवाओं की लत, आत्महत्या और अन्य अनुचित कार्यों की ओर प्रवृत्ति का निर्माण करता है। इसीलिए जन्म के बाद के पहले वर्ष सामाजिक व्यवहार के निर्माण में निर्णायक होते हैं और चरित्र की सभी नींव रखते हैं। इस अवधि के दौरान माता-पिता अपने बच्चे को कितना समय देते हैं, यह उसके संपूर्ण भविष्य को निर्धारित करेगा: क्या वह मनोवैज्ञानिक रूप से स्थिर, मिलनसार और सफल होगा, या अवसाद और विकारों से ग्रस्त होगा।

यह स्पष्ट है कि एपिजेनोम का प्रभाव उम्र बढ़ने से जुड़ी प्रक्रियाओं तक भी फैलता है। उम्र के साथ, व्यक्ति मिथाइलेशन में सामान्य कमी देख सकता है, जिसमें जीनोम के रहस्यमय क्षेत्र भी शामिल हैं जो पूरे डीएनए अनुक्रम का लगभग आधा हिस्सा बनाते हैं - मोबाइल आनुवंशिक तत्व (एमजीई)। इन्हें आधी सदी पहले नोबेल पुरस्कार विजेता बारबरा मैक्लिंटॉक ने अनुक्रम के रूप में खोजा था, जो सामान्य जीन के विपरीत, डीएनए के साथ अद्भुत तरीके से आगे बढ़ सकते हैं*। डीमिथाइलेशन के कारण उम्र के साथ अत्यधिक सक्रिय होने पर, एमजीई जीनोम को अस्थिर कर देते हैं, जिससे अवांछित क्रोमोसोमल पुनर्व्यवस्था होती है।

इसके अलावा, उम्र के साथ, जीन के मिथाइलेशन में भी बदलाव आता है उम्र से संबंधित बीमारियाँ: एथेरोस्क्लेरोसिस, उच्च रक्तचाप, मधुमेह, अल्जाइमर रोग, आदि। इसके अलावा, प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के उत्पादन के साथ-साथ उन प्रोटीनों में से एक के कार्य के साथ एपिजेनोम में परिवर्तन के बीच एक सीधा संबंध खोजा गया था, जिस पर जेरोन्टोलॉजिस्ट बहुत ध्यान देते हैं: p66Shc प्रोटीन, जिसका नाम शिक्षाविद् वी.पी. स्कुलचेव "जीव की क्रमादेशित मृत्यु का मध्यस्थ।" और इसलिए, उम्र से संबंधित परिवर्तनों के एपिजेनेटिक आधार का ज्ञान हमें जीवन विस्तार और स्वस्थ उम्र बढ़ने की लड़ाई में महत्वपूर्ण लाभ पहुंचा सकता है।

परिणाम और संभावनाएँ

एपिजेनेटिक तंत्र के अध्ययन ने हमें एक बहुत ही महत्वपूर्ण सत्य को समझने में मदद की है: मानव भाग्य काफी हद तक आकार लेता है ज्योतिषीय पूर्वानुमान, लेकिन व्यक्ति के स्वयं और उसके माता-पिता के व्यवहार से। एपिजेनेटिक्स स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि जीवन में बहुत कुछ हम पर निर्भर करता है, और हमारे पास अपने जीवन को बेहतरी के लिए बदलने की शक्ति है।

एपिजेनेटिक्स मनुष्यों और के बीच की सीमाओं को भी धुंधला कर देता है बाहरी वातावरण. जाहिर है, जब खतरनाक रसायनों का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है तो कोई भी सुरक्षित महसूस नहीं कर सकता। कीटनाशक विनक्लोज़ोलिन और मेथॉक्सीक्लोर, जो कृषि में उपयोग किए जाते हैं और "अंतःस्रावी अवरोधक" के रूप में कार्य करते हैं, औद्योगिक कचरे से पारा और विघटित प्लास्टिक से बिस्फेनॉल ए मिट्टी में और नदियों और समुद्रों के पानी में प्रवेश करते हैं। और फिर, भोजन और पानी के साथ, वे मानव शरीर में प्रवेश करते हैं। और यह मानवता के लिए एक वास्तविक खतरा है।

लेकिन एक अच्छी खबर भी है. अपेक्षाकृत स्थिर आनुवंशिक जानकारी के विपरीत, एपिजेनेटिक "निशान" कुछ शर्तों के तहत प्रतिवर्ती हो सकते हैं। और इससे सबसे आम बीमारियों से निपटने के लिए मौलिक रूप से नई रणनीतियों और तरीकों को विकसित करना संभव हो जाता है: उन एपिजेनेटिक संशोधनों को खत्म करने के उद्देश्य से तरीके जो प्रतिकूल कारकों के प्रभाव में मनुष्यों में उत्पन्न हुए। यह कोई संयोग नहीं है कि कुछ वैज्ञानिक वर्तमान सदी को एपिजेनेटिक्स की सदी कहते हैं। विशेष रूप से प्राकृतिक विज्ञान, जीव विज्ञान और आनुवंशिकी के विकास के इतिहास का अध्ययन करते समय, किसी को यह आभास हो सकता है कि पिछले सभी वर्ष एक बड़ा प्रारंभिक चरण थे, वास्तव में अतिमहत्व की खोजों से पहले ताकत का संचय। और आज हम शायद इन खोजों की दहलीज पर खड़े हैं.

* - इसे कैसे लागू किया जा सकता है (और पहले से ही लागू किया जा रहा है) लेख में वर्णित है "एपिजेनोम के लिए गोलियाँ"

प्रमुख चिकित्सा पत्रिका लैंसेट ने 2010 में अटेंशन डेफिसिट हाइपरएक्टिविटी डिसऑर्डर (एडीएचडी) और आनुवंशिकता पर एक महत्वपूर्ण लेख प्रकाशित किया था।

इस लेख के लेखकों ने इस तथ्य की कड़ी आलोचना की कि फार्मासिस्ट और रूढ़िवादी चिकित्सक जानबूझकर और जानबूझकर रोगी के साथ गलत तरीके से संवाद करते हैं। हम बात कर रहे हैंआनुवंशिकता जैसे शब्द के बारे में। लोगों को बताया जाता है कि यह बीमारी वंशानुगत है, इसलिए लाइलाज है। इस रणनीति के पीछे का विचार चिकित्सीय लत विकसित करना है, जो दवा उद्योग के लिए दवाएं बेचने के लिए बहुत सुविधाजनक है।

एपिजेनेटिक्स के लिए धन्यवाद, हम जानते हैं कि एडीएचडी एक एपिजेनेटिक बीमारी है। दूसरे शब्दों में, एडीएचडी किसी घातक वंशानुगत कारक (डीएनए में त्रुटियां) के कारण नहीं होता है, बल्कि उनके पर्यावरण के साथ जीन की प्रतिवर्ती बातचीत के कारण होता है। यह इस तथ्य को स्पष्ट करता है कि एडीएचडी वाले वयस्क और बच्चे अपना आहार बदलने पर सभी लक्षणों में तेजी से सुधार देखते हैं।

आनुवंशिकी- एक विज्ञान जो डीएनए रिकॉर्डिंग में अपरिवर्तनीय त्रुटियों के आधार पर आनुवंशिकता का वर्णन करता है।

एपिजेनेटिक्सएक विज्ञान है जो जीन के कामकाज पर बाहरी कारकों के प्रभाव का अध्ययन करता है। एपिजेनेटिक्स समस्या के सार का अध्ययन करता है, विशेष रूप से प्रोटीन के प्रजनन (संश्लेषण) में त्रुटियों का।

पोषक तत्वविज्ञानएपिजेनेटिक्स में विशेषज्ञ हैं और जीन फ़ंक्शन पर पोषण के प्रभाव का अध्ययन करते हैं।

इस प्रकार जेनेटिक्स और एपिजेनेटिक्स का रोगी की समस्या पर अलग-अलग दृष्टिकोण होता है। आनुवंशिकी में, रोगी अपनी बीमारी का "पीड़ित" होता है, इस मामले में हम केवल स्थिति को "नियंत्रण में" रख सकते हैं। एपिजेनेटिक्स पर ध्यान केंद्रित किया गया है कारक कारण. इसका मतलब यह है कि जब पर्यावरण की स्थिति बदलती है, तो रोगी अपने स्वास्थ्य पर नियंत्रण हासिल कर सकता है।

आनुवंशिक और एपिजेनेटिक रोग

किसी विशेष जीन में दोष के कारण होने वाली आनुवंशिक बीमारी को मोनोजेनेटिक बीमारी के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। इसका मतलब यह है कि यह बीमारी एक ही दोषपूर्ण जीन के कारण होती है। एक जीन विशिष्ट कोड से बना होता है जिसे हम डीएनए कहते हैं। इन कोड में त्रुटियाँ (उत्परिवर्तन) हो सकती हैं। ऐसा एक उत्परिवर्तन वंशानुगत मोनोजेनेटिक रोग की जड़ में हो सकता है।

आनुवांशिक बीमारियों के विपरीत, एपिजेनेटिक विकार डीएनए उत्परिवर्तन के कारण नहीं होते हैं, बल्कि भोजन, दर्दनाक अनुभव, प्रसव पूर्व तनाव और विभिन्न रसायनों जैसे पर्यावरणीय कारकों के प्रभाव में उत्पन्न होते हैं। आणविक दृष्टि से, ये सभी पर्यावरणीय कारक विशिष्ट जीन को बंद या चालू कर सकते हैं। आनुवंशिक रोग(डीएनए रिकॉर्ड में "वर्तनी त्रुटियाँ") सभी में से 0.5% में होती हैं वंशानुगत रोग. आनुवंशिक रोग आमतौर पर अपरिवर्तनीय होते हैं (उदाहरण के लिए, डाउन सिंड्रोम)।

एपिजेनेटिक रोग जीन फ़ंक्शन में असामान्यताएं हैं जिनमें डीएनए बरकरार रहता है। एपिजेनेटिक रोग दो तरह से हो सकता है।

1. पहली विधि जन्मजात है (गर्भ में या जब अस्वस्थ जीन पिता या माता से आते हैं)।
2. दूसरा तरीका एक अर्जित स्थिति है, जिसमें, उदाहरण के लिए, किसी को अस्वास्थ्यकर जीवनशैली के कारण टाइप 2 मधुमेह विकसित हो जाता है। दूसरी विधि बाहरी प्रभावों से संबंधित है - एक एपिजेनेटिक कारक, उदाहरण के लिए, असंतुलित आहार या दवा का उपयोग। इस श्रेणी में अधिकांश मानसिक और दीर्घकालिक बीमारियाँ भी शामिल हैं, जो आमतौर पर प्रतिवर्ती होती हैं। एक बार जब कोई व्यक्ति जीन फ़ंक्शन को पुनर्स्थापित करता है (उदाहरण के लिए, उचित आहार का उपयोग करके), लक्षण गायब हो जाते हैं।

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शायद एपिजेनेटिक्स की सबसे व्यापक और एक ही समय में सटीक परिभाषा उत्कृष्ट अंग्रेजी जीवविज्ञानी, नोबेल पुरस्कार विजेता पीटर मेडावर की है: "जेनेटिक्स सुझाव देता है, लेकिन एपिजेनेटिक्स निपटान करता है।"

क्या आप जानते हैं कि हमारी कोशिकाओं में स्मृति होती है? वे न केवल यह याद रखते हैं कि आप आमतौर पर नाश्ते में क्या खाते हैं, बल्कि यह भी याद रखते हैं कि गर्भावस्था के दौरान आपकी माँ और दादी ने क्या खाया था। आपकी कोशिकाएं अच्छी तरह याद रखती हैं कि आप व्यायाम करते हैं या नहीं और कितनी बार शराब पीते हैं। सेल्यूलर मेमोरी वायरस के साथ आपकी मुठभेड़ और बचपन में आपको कितना प्यार किया जाता था, इसे संग्रहीत करती है। सेलुलर मेमोरी यह तय करती है कि आप मोटापे और अवसाद से ग्रस्त हैं या नहीं। मोटे तौर पर सेलुलर मेमोरी के लिए धन्यवाद, हम चिंपैंजी की तरह नहीं हैं, हालांकि हमारे पास लगभग समान जीनोम संरचना है। और एपिजेनेटिक्स के विज्ञान ने हमें हमारी कोशिकाओं की इस अद्भुत विशेषता को समझने में मदद की।

एपिजेनेटिक्स आधुनिक विज्ञान का एक काफी युवा क्षेत्र है, और यह अभी तक अपनी "बहन" आनुवंशिकी के रूप में व्यापक रूप से ज्ञात नहीं है। ग्रीक से अनुवादित, पूर्वसर्ग "एपि-" का अर्थ है "ऊपर", "ऊपर", "ऊपर"। यदि आनुवंशिकी उन प्रक्रियाओं का अध्ययन करती है जो हमारे जीन, डीएनए में परिवर्तन का कारण बनती हैं, तो एपिजेनेटिक्स जीन गतिविधि में परिवर्तन का अध्ययन करता है जिसमें डीएनए संरचना समान रहती है। कोई कल्पना कर सकता है कि कोई "कमांडर", पोषण, भावनात्मक तनाव और शारीरिक गतिविधि जैसी बाहरी उत्तेजनाओं के जवाब में, हमारे जीन को उनकी गतिविधि को बढ़ाने या इसके विपरीत, कम करने का आदेश देता है।

उत्परिवर्तन नियंत्रण

आणविक जीव विज्ञान की एक अलग शाखा के रूप में एपिजेनेटिक्स का विकास 1940 के दशक में शुरू हुआ। तब अंग्रेजी आनुवंशिकीविद् कॉनराड वाडिंगटन ने "एपिजेनेटिक लैंडस्केप" की अवधारणा तैयार की, जो जीव निर्माण की प्रक्रिया की व्याख्या करती है। लंबे समय से यह माना जाता था कि एपिजेनेटिक परिवर्तन केवल जीव के विकास के प्रारंभिक चरण की विशेषता हैं और वयस्कता में नहीं देखे जाते हैं। हालाँकि, हाल के वर्षों में, प्रायोगिक साक्ष्यों की एक पूरी श्रृंखला प्राप्त की गई है जिसने जीव विज्ञान और आनुवंशिकी में बम विस्फोट के प्रभाव को उत्पन्न किया है।

आनुवंशिक विश्वदृष्टि में एक क्रांति पिछली शताब्दी के अंत में हुई। कई प्रयोगशालाओं में एक साथ कई प्रयोगात्मक डेटा प्राप्त किए गए, जिसने आनुवंशिकीविदों को बहुत सोचने पर मजबूर कर दिया। इसलिए, 1998 में, बेसल विश्वविद्यालय के रेनैटो पारो के नेतृत्व में स्विस शोधकर्ताओं ने ड्रोसोफिला मक्खियों के साथ प्रयोग किए, जिनमें उत्परिवर्तन के कारण पीली आंखें थीं। यह पाया गया कि, बढ़े हुए तापमान के प्रभाव में, उत्परिवर्ती फल मक्खियाँ पीली नहीं, बल्कि लाल (सामान्य की तरह) आँखों वाली संतानों के साथ पैदा हुईं। उनमें एक गुणसूत्र तत्व सक्रिय हो गया, जिससे उनकी आंखों का रंग बदल गया।

शोधकर्ताओं को आश्चर्य हुआ कि इन मक्खियों के वंशजों की आंखों का रंग अगली चार पीढ़ियों तक बना रहा, हालांकि वे अब गर्मी के संपर्क में नहीं थीं। अर्थात् अर्जित गुणों का वंशानुक्रम घटित हुआ। वैज्ञानिकों को एक सनसनीखेज निष्कर्ष निकालने के लिए मजबूर होना पड़ा: तनाव-प्रेरित एपिजेनेटिक परिवर्तन जो जीनोम को प्रभावित नहीं करते हैं, उन्हें ठीक किया जा सकता है और भविष्य की पीढ़ियों तक प्रसारित किया जा सकता है।

लेकिन शायद यह केवल फल मक्खियों में ही होता है? न केवल। बाद में यह पता चला कि मनुष्यों में एपिजेनेटिक तंत्र का प्रभाव भी बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उदाहरण के लिए, एक पैटर्न की पहचान की गई है कि वयस्कों में टाइप 2 मधुमेह की संवेदनशीलता काफी हद तक उनके जन्म के महीने पर निर्भर हो सकती है। और यह इस तथ्य के बावजूद है कि वर्ष के समय से जुड़े कुछ कारकों के प्रभाव और बीमारी की शुरुआत के बीच 50-60 वर्ष बीत जाते हैं। यह तथाकथित एपिजेनेटिक प्रोग्रामिंग का एक स्पष्ट उदाहरण है।

पूर्ववृत्ति को मधुमेह और जन्मतिथि से क्या जोड़ा जा सकता है? न्यूजीलैंड के वैज्ञानिक पीटर ग्लुकमैन और मार्क हैनसन इस विरोधाभास के लिए एक तार्किक व्याख्या तैयार करने में कामयाब रहे। उन्होंने "बेमेल परिकल्पना" का प्रस्ताव रखा, जिसके अनुसार जन्म के बाद अपेक्षित पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए "अनुमानित" अनुकूलन एक विकासशील जीव में हो सकता है। यदि भविष्यवाणी की पुष्टि हो जाती है, तो इससे जीव के उस दुनिया में जीवित रहने की संभावना बढ़ जाती है जहां वह रहेगा। यदि नहीं, तो अनुकूलन कुअनुकूलन यानी एक बीमारी बन जाता है।

उदाहरण के लिए, यदि अंतर्गर्भाशयी विकास के दौरान भ्रूण को अपर्याप्त मात्रा में भोजन मिलता है, तो उसमें चयापचय परिवर्तन होते हैं, जिसका उद्देश्य भविष्य में उपयोग के लिए खाद्य संसाधनों को संग्रहीत करना है, "एक बरसात के दिन के लिए।" यदि जन्म के बाद वास्तव में कम भोजन मिलता है, तो इससे शरीर को जीवित रहने में मदद मिलती है। यदि जन्म के बाद व्यक्ति जिस दुनिया में खुद को पाता है वह अनुमान से अधिक समृद्ध हो जाती है, तो चयापचय की यह "मितव्ययी" प्रकृति बाद में जीवन में मोटापे और टाइप 2 मधुमेह का कारण बन सकती है।

2003 में ड्यूक यूनिवर्सिटी के अमेरिकी वैज्ञानिकों रैंडी जर्टल और रॉबर्ट वॉटरलैंड द्वारा किए गए प्रयोग पहले ही पाठ्यपुस्तक बन चुके हैं। कुछ साल पहले, जिर्टल सामान्य चूहों में एक कृत्रिम जीन डालने में कामयाब रहे, जिसके कारण वे पीले, मोटे और बीमार पैदा हुए। ऐसे चूहों को बनाने के बाद, जर्टल और उनके सहयोगियों ने यह जांचने का फैसला किया: क्या दोषपूर्ण जीन को हटाए बिना उन्हें सामान्य बनाना संभव है? यह पता चला कि यह संभव था: उन्होंने गर्भवती एगाउटी चूहों के भोजन में फोलिक एसिड, विटामिन बी 12, कोलीन और मेथियोनीन मिलाया (जैसा कि उन्होंने पीले चूहे को "राक्षस" कहना शुरू किया), और परिणामस्वरूप, सामान्य संतानें दिखाई दीं। पोषण संबंधी कारक जीन में उत्परिवर्तन को बेअसर करने में सक्षम थे। इसके अलावा, आहार का प्रभाव बाद की कई पीढ़ियों तक बना रहा: पोषक तत्वों की खुराक के कारण सामान्य रूप से पैदा हुए बेबी एगाउटी चूहों ने स्वयं सामान्य चूहों को जन्म दिया, हालांकि उनके पास पहले से ही सामान्य आहार था।

हम विश्वास के साथ कह सकते हैं कि गर्भावस्था की अवधि और जीवन के पहले महीने मनुष्यों सहित सभी स्तनधारियों के जीवन में सबसे महत्वपूर्ण हैं। जैसा कि जर्मन न्यूरोसाइंटिस्ट पीटर स्पार्क ने ठीक ही कहा है, "बुढ़ापे में, हमारा स्वास्थ्य कभी-कभी जीवन के वर्तमान समय के भोजन की तुलना में गर्भावस्था के दौरान हमारी मां के आहार से अधिक प्रभावित होता है।"

विरासत से भाग्य

जीन गतिविधि के एपिजेनेटिक विनियमन का सबसे अधिक अध्ययन किया गया तंत्र मिथाइलेशन की प्रक्रिया है, जिसमें डीएनए के साइटोसिन बेस में मिथाइल समूह (एक कार्बन परमाणु और तीन हाइड्रोजन परमाणु) को शामिल करना शामिल है। मिथाइलेशन जीन गतिविधि को कई तरह से प्रभावित कर सकता है। विशेष रूप से, मिथाइल समूह विशिष्ट डीएनए क्षेत्रों के साथ प्रतिलेखन कारक (एक प्रोटीन जो डीएनए टेम्पलेट पर मैसेंजर आरएनए संश्लेषण की प्रक्रिया को नियंत्रित करता है) के संपर्क को भौतिक रूप से रोक सकता है। दूसरी ओर, वे मिथाइलसिटोसिन-बाइंडिंग प्रोटीन के साथ मिलकर काम करते हैं, क्रोमेटिन को रीमॉडलिंग करने की प्रक्रिया में भाग लेते हैं - वह पदार्थ जो गुणसूत्र बनाता है, वंशानुगत जानकारी का भंडार।

डीएनए मिथाइलेशन
मिथाइल समूह डीएनए को नष्ट या बदले बिना साइटोसिन बेस से जुड़ते हैं, लेकिन संबंधित जीन की गतिविधि को प्रभावित करते हैं। एक विपरीत प्रक्रिया भी है - डीमिथाइलेशन, जिसमें मिथाइल समूह हटा दिए जाते हैं और जीन की मूल गतिविधि बहाल हो जाती है" border='0'>

मिथाइलेशन मनुष्यों में सभी अंगों और प्रणालियों के विकास और गठन से जुड़ी कई प्रक्रियाओं में शामिल है। उनमें से एक है भ्रूण में एक्स क्रोमोसोम का निष्क्रिय होना। जैसा कि ज्ञात है, मादा स्तनधारियों में सेक्स क्रोमोसोम की दो प्रतियां होती हैं, जिन्हें एक्स क्रोमोसोम के रूप में नामित किया जाता है, और नर एक एक्स और एक वाई क्रोमोसोम से संतुष्ट होते हैं, जो आकार में और आनुवंशिक जानकारी की मात्रा में बहुत छोटा होता है। उत्पादित जीन उत्पादों (आरएनए और प्रोटीन) की मात्रा में पुरुषों और महिलाओं को बराबर करने के लिए, महिलाओं में एक्स गुणसूत्रों में से एक पर अधिकांश जीन बंद कर दिए जाते हैं।

इस प्रक्रिया की परिणति ब्लास्टोसिस्ट चरण में होती है, जब भ्रूण में 50−100 कोशिकाएं होती हैं। प्रत्येक कोशिका में, निष्क्रिय किए जाने वाले गुणसूत्र (पैतृक या मातृ) को यादृच्छिक रूप से चुना जाता है और उस कोशिका की सभी आगामी पीढ़ियों में निष्क्रिय रहता है। पैतृक और मातृ गुणसूत्रों के "मिश्रण" की इस प्रक्रिया से जुड़ा तथ्य यह है कि महिलाओं में एक्स गुणसूत्र से जुड़ी बीमारियों से पीड़ित होने की संभावना बहुत कम होती है।

मिथाइलेशन कोशिका विभेदन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, एक प्रक्रिया जिसके माध्यम से "सार्वभौमिक" भ्रूणीय कोशिकाएँऊतकों और अंगों की विशेष कोशिकाओं में विकसित होते हैं। मांसपेशी फाइबर, अस्थि ऊतक, तंत्रिका कोशिकाएं - ये सभी जीनोम के कड़ाई से परिभाषित भाग की गतिविधि के कारण प्रकट होते हैं। यह भी ज्ञात है कि मिथाइलेशन अधिकांश प्रकार के ऑन्कोजीन, साथ ही कुछ वायरस के दमन में अग्रणी भूमिका निभाता है।

डीएनए मिथाइलेशन का सभी एपिजेनेटिक तंत्रों में सबसे बड़ा व्यावहारिक महत्व है, क्योंकि यह सीधे आहार, भावनात्मक स्थिति, मस्तिष्क गतिविधि और अन्य बाहरी कारकों से संबंधित है।

इस निष्कर्ष का अच्छी तरह से समर्थन करने वाले डेटा इस सदी की शुरुआत में अमेरिकी और यूरोपीय शोधकर्ताओं द्वारा प्राप्त किए गए थे। वैज्ञानिकों ने युद्ध के तुरंत बाद पैदा हुए बुजुर्ग डच लोगों की जांच की। उनकी माताओं की गर्भावस्था की अवधि बहुत कठिन समय के साथ मेल खाती थी, जब 1944-1945 की सर्दियों में हॉलैंड में वास्तविक अकाल पड़ा था। वैज्ञानिक यह स्थापित करने में सक्षम थे: गंभीर भावनात्मक तनाव और माताओं के आधे भूखे आहार का भविष्य के बच्चों के स्वास्थ्य पर सबसे नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। जन्म के समय कम वजन के साथ जन्मे, उनमें वयस्कता में हृदय रोग, मोटापा और मधुमेह होने की संभावना एक या दो साल बाद (या उससे पहले) पैदा हुए उनके हमवतन लोगों की तुलना में कई गुना अधिक थी।

उनके जीनोम के विश्लेषण से पता चला कि ठीक उन क्षेत्रों में डीएनए मिथाइलेशन की अनुपस्थिति है जहां यह अच्छे स्वास्थ्य का संरक्षण सुनिश्चित करता है। इस प्रकार, बुजुर्ग डच पुरुषों में जिनकी माताएं अकाल से बच गईं, इंसुलिन-जैसे विकास कारक (आईजीएफ) जीन का मिथाइलेशन काफी कम हो गया था, जिसके कारण रक्त में आईजीएफ की मात्रा बढ़ गई। और यह कारक, जैसा कि वैज्ञानिक अच्छी तरह से जानते हैं, जीवन प्रत्याशा के साथ विपरीत संबंध रखता है: शरीर में आईजीएफ का स्तर जितना अधिक होगा, जीवन उतना ही छोटा होगा।

बाद में, अमेरिकी वैज्ञानिक लैंबर्ट ल्यूमेट ने पाया कि अगली पीढ़ी में, इन डच लोगों के परिवारों में पैदा हुए बच्चे भी असामान्य रूप से कम वजन के साथ पैदा हुए थे और दूसरों की तुलना में उम्र से संबंधित सभी बीमारियों से पीड़ित थे, हालांकि उनके माता-पिता काफी समृद्ध रहते थे और अच्छा खाया. जीन ने दादी-नानी की गर्भावस्था की भूखी अवधि के बारे में जानकारी याद रखी और इसे एक पीढ़ी के माध्यम से उनके पोते-पोतियों तक पहुँचाया।

एपिजेनेटिक्स के कई चेहरे

एपिजेनेटिक प्रक्रियाएँ कई स्तरों पर होती हैं। मिथाइलेशन व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड के स्तर पर संचालित होता है। अगला स्तर हिस्टोन, डीएनए स्ट्रैंड की पैकेजिंग में शामिल प्रोटीन का संशोधन है। डीएनए प्रतिलेखन और प्रतिकृति की प्रक्रियाएं भी इसी पैकेजिंग पर निर्भर करती हैं। एक अलग वैज्ञानिक शाखा - आरएनए एपिजेनेटिक्स - आरएनए से जुड़ी एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं का अध्ययन करती है, जिसमें मैसेंजर आरएनए का मिथाइलेशन भी शामिल है।

जीन मौत की सज़ा नहीं है

तनाव और कुपोषण के अलावा, भ्रूण का स्वास्थ्य कई पदार्थों से प्रभावित हो सकता है जो सामान्य हार्मोनल विनियमन में बाधा डालते हैं। उन्हें "एंडोक्राइन डिसरप्टर्स" (विनाशक) कहा जाता है। ये पदार्थ, एक नियम के रूप में, कृत्रिम प्रकृति के हैं: मानवता इन्हें अपनी आवश्यकताओं के लिए औद्योगिक रूप से प्राप्त करती है।

सबसे हड़ताली और नकारात्मक उदाहरण, शायद, बिस्फेनॉल-ए है, जिसका उपयोग कई वर्षों से प्लास्टिक उत्पादों के निर्माण में हार्डनर के रूप में किया जाता रहा है। यह कुछ प्रकार के प्लास्टिक कंटेनरों में पाया जाता है - पानी और पेय की बोतलें, खाद्य कंटेनर।

शरीर पर बिस्फेनॉल-ए का नकारात्मक प्रभाव मिथाइलेशन के लिए आवश्यक मुक्त मिथाइल समूहों को "नष्ट" करने और इन समूहों को डीएनए से जोड़ने वाले एंजाइमों को बाधित करने की क्षमता है। हार्वर्ड के जीवविज्ञानी चिकित्सा विद्यालयअंडे की परिपक्वता को रोकने के लिए बिस्फेनॉल-ए की क्षमता की खोज की गई और जिससे बांझपन हो सकता है। कोलंबिया विश्वविद्यालय के उनके सहयोगियों ने लिंगों के बीच अंतर मिटाने और समलैंगिक प्रवृत्ति वाली संतानों के जन्म को प्रोत्साहित करने की बिस्फेनॉल-ए की क्षमता की खोज की। बिस्फेनॉल के प्रभाव में, एस्ट्रोजेन और महिला सेक्स हार्मोन के लिए रिसेप्टर्स को एन्कोडिंग करने वाले जीन का सामान्य मिथाइलेशन बाधित हो गया था। इस वजह से, नर चूहों का जन्म "स्त्री" चरित्र, विनम्र और शांत स्वभाव के साथ हुआ।

सौभाग्य से, ऐसे खाद्य पदार्थ हैं जिनका एपिजेनोम पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। उदाहरण के लिए, ग्रीन टी के नियमित सेवन से कैंसर का खतरा कम हो सकता है क्योंकि इसमें एक निश्चित पदार्थ (एपिगैलोकैटेचिन-3-गैलेट) होता है, जो उनके डीएनए को डीमिथाइलेट करके ट्यूमर दबाने वाले जीन (दबाने वाले) को सक्रिय कर सकता है। हाल के वर्षों में, सोया उत्पादों में निहित एपिजेनेटिक प्रक्रियाओं का मॉड्यूलेटर जेनिस्टिन लोकप्रिय हो गया है। कई शोधकर्ता एशियाई देशों के निवासियों के आहार में सोया की मात्रा को उनकी उम्र से संबंधित कुछ बीमारियों के प्रति कम संवेदनशीलता के साथ जोड़ते हैं।

एपिजेनेटिक तंत्र के अध्ययन ने हमें एक महत्वपूर्ण सत्य को समझने में मदद की है: जीवन में बहुत कुछ हम पर निर्भर करता है। अपेक्षाकृत स्थिर आनुवंशिक जानकारी के विपरीत, एपिजेनेटिक "निशान" कुछ शर्तों के तहत प्रतिवर्ती हो सकते हैं। यह तथ्य हमें सामान्य बीमारियों से निपटने के मौलिक रूप से नए तरीकों पर भरोसा करने की अनुमति देता है, जो प्रतिकूल कारकों के प्रभाव में मनुष्यों में उत्पन्न होने वाले उन एपिजेनेटिक संशोधनों के उन्मूलन पर आधारित हैं। एपिजीनोम को ठीक करने के उद्देश्य से दृष्टिकोणों का उपयोग हमारे लिए बड़ी संभावनाएं खोलता है।