एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए: Difference between revisions

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Latest revision as of 17:14, 8 August 2023

एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए (संक्षेप में ecDNA) कोई भी डीएनए है जो किसी कोशिका के केंद्रक के अंदर या बाहर गुणसूत्रों से पाया जाता है। व्यक्तिगत जीनोम में अधिकांश डीएनए नाभिक में उपस्थित गुणसूत्रों में पाया जाता है। एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के कई रूप उपस्थित हैं, और, इनमें से कुछ महत्वपूर्ण जैविक कार्य करते हैं,[1] वे कैंसर जैसी बीमारियों में भी भूमिका निभा सकते हैं।[2][3][4]

प्रोकैरियोट्स में, नॉनवायरल एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए मुख्य रूप से प्लास्मिड में पाया जाता है, जबकि यूकेरियोट्स में एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए मुख्य रूप से ऑर्गेनेल में पाया जाता है।[1] माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए यूकेरियोट्स में इस एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए का एक मुख्य स्रोत है।[5] तथ्य यह है कि इस अंगक में अपना स्वयं का डीएनए होता है जो इस परिकल्पना का समर्थन करता है कि माइटोकॉन्ड्रिया की उत्पत्ति पैतृक यूकेरियोटिक कोशिकाओं से घिरे जीवाणु कोशिकाओं के रूप में हुई थी।[6] एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए का उपयोग प्रायः प्रतिकृति के अनुसंधान में किया जाता है क्योंकि इसे पहचानना और अलग करना आसान होता है।[1]

हालाँकि एक्स्ट्राक्रोमोसोमल सर्कुलर डीएनए (eccDNA) सामान्य यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पाया जाता है, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए (ecDNA) विशिष्ट इकाई है जिसे कैंसर कोशिकाओं के नाभिक में पहचाना गया है और ड्राइवर ऑन्कोजीन की कई प्रतियां ले जाने के लिए दिखाया गया है।[7][8][3] ecDNA को जीन प्रवर्धन का एक प्राथमिक तंत्र माना जाता है, जिसके परिणामस्वरूप चालक ऑन्कोजीन की कई प्रतियां और बहुत आक्रामक कैंसर होते हैं।

साइटोप्लाज्म में एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए संरचनात्मक रूप से परमाणु डीएनए से भिन्न पाया गया है। साइटोप्लाज्मिक डीएनए नाभिक के भीतर पाए जाने वाले डीएनए की तुलना में कम मिथाइलेटेड होता है। यह भी पुष्टि की गई कि साइटोप्लाज्मिक डीएनए के अनुक्रम एक ही जीव में परमाणु डीएनए से भिन्न थे, जिससे पता चलता है कि साइटोप्लाज्मिक डीएनए केवल परमाणु डीएनए के टुकड़े नहीं हैं।[9] कैंसर कोशिकाओं में, ecDNA को मुख्य रूप से नाभिक से पृथक दिखाया गया है ([2] में समीक्षा की गई है)।

कोशिकाओं में नाभिक के बाहर पाए जाने वाले डीएनए के अलावा, वायरल जीनोम द्वारा संक्रमण भी एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए का एक उदाहरण प्रदान करता है।

प्रोकैरियोटिक

ई. कोलाई का pBR32 प्लाज्मिड

यद्यपि प्रोकैरियोटिक जीवों में यूकेरियोट्स की तरह झिल्ली-बद्ध नाभिक नहीं होता है, उनमें न्यूक्लियॉइड क्षेत्र होता है जिसमें मुख्य गुणसूत्र पाया जाता है। एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए न्यूक्लियॉइड क्षेत्र के बाहर गोलाकार या रैखिक प्लास्मिड के रूप में प्रोकैरियोट्स में उपस्थित होता है। बैक्टीरियल प्लास्मिड सामान्यतः छोटे अनुक्रम होते हैं, जिनमें 1 से कुछ सौ किलोबेस (केबी) खंड होते हैं, और इसमें प्रतिकृति की उत्पत्ति होती है जो प्लास्मिड को बैक्टीरिया गुणसूत्र से स्वतंत्र रूप से दोहराने की अनुमति देती है।[10] किसी कोशिका के भीतर किसी विशेष प्लास्मिड की कुल संख्या को प्रतिलिपि संख्या कहा जाता है और यह प्रति कोशिका दो प्रतियों से लेकर प्रति कोशिका कई सौ प्रतियों तक हो सकती है।[11] सर्कुलर बैक्टीरियल प्लास्मिड को प्लास्मिड पर एन्कोड किए गए जीन द्वारा प्रदान किए जाने वाले विशेष कार्यों के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है। फर्टिलिटी प्लास्मिड, या एफ प्लास्मिड, संयुग्मन होने की अनुमति देते हैं जबकि प्रतिरोध प्लास्मिड, या आर प्लास्मिड, में ऐसे जीन होते हैं जो विभिन्न प्रकार के एंटीबायोटिक दवाओं जैसे एम्पीसिलीन और टेट्रासाइक्लिन के प्रति प्रतिरोध व्यक्त करते हैं। विषाणु प्लास्मिड में जीवाणुओं को रोगजनक बनने के लिए आवश्यक आनुवंशिक तत्व होते हैं। डिग्रेडेटिव प्लास्मिड में ऐसे जीन होते हैं जो बैक्टीरिया को विभिन्न प्रकार के पदार्थों जैसे कि सुगंधित यौगिकों और ज़ेनोबायोटिक्स को नष्ट करने की अनुमति देते हैं।[12] बैक्टीरियल प्लास्मिड रंगद्रव्य उत्पादन, नाइट्रोजन स्थिरीकरण और भारी धातुओं के प्रतिरोध में भी कार्य कर सकते हैं।[13]

स्वाभाविक रूप से उत्पन्न होने वाले वृत्ताकार प्लास्मिड को बहुप्रतिरोध जीनों और कई अद्वितीय प्रतिबंध साइटों को समाहित करने के लिए संशोधित किया जा सकता है, जिससे वे जैव प्रौद्योगिकी में क्लोनिंग वेक्टर के रूप में मूल्यवान उपकरण बन जाते हैं।[10] सर्कुलर बैक्टीरियल प्लास्मिड भी डीएनए टीकाकरण के उत्पादन का आधार हैं। प्लास्मिड डीएनए टीके जेनेटिक इंजीनियरिंग हैं जिसमें जीन होता है जो एक रोगजनक वायरस, जीवाणु या अन्य परजीवी द्वारा उत्पादित एंटीजन या प्रोटीन के लिए एन्कोड करता है।[14] एक बार मेजबान में वितरित होने के बाद, प्लाज्मिड जीन के उत्पाद मेजबान की सहज प्रतिरक्षा और अनुकूली प्रतिरक्षा दोनों को उत्तेजित करेंगे। मेजबान से प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को बढ़ाने के लिए प्लास्मिड प्रायः डिलीवरी से पहले किसी प्रकार के सहायक के साथ लेपित होते हैं।[15]

स्पिरोचैट की कई प्रजातियों में लीनियर बैक्टीरियल प्लास्मिड की पहचान की गई है, जिसमें जीनस बोरेलिया के सदस्य (जिससे लाइम रोग के लिए जिम्मेदार रोगज़नक़ सम्मिलित है), ग्राम-ऋणात्मक जीवाणु की कई प्रजातियाँ जीनस स्ट्रेप्टोमाइसेस के मिट्टी के बैक्टीरिया और ग्राम में- ऋणात्मक जीवाणु प्रजाति थियोबैसिलस वर्सुटस, जीवाणु जो सल्फर को ऑक्सीकरण करता है। प्रोकैरियोट्स के रैखिक प्लास्मिड या तो हेयरपिन लूप या डीएनए अणु के टेलोमेर सिरों से जुड़े सहसंयोजक बंधन प्रोटीन से युक्त पाए जाते हैं। बोरेलिया बैक्टीरिया के एडेनिन-थाइमिन समृद्ध हेयरपिन लूप का आकार 5 किलोबेस जोड़े (केबी) से लेकर 200 केबी से अधिक तक होता है।[16] और बैक्टीरिया पर प्रमुख सतह प्रोटीन, या एंटीजन के समूह के उत्पादन के लिए जिम्मेदार जीन होते हैं जो इसे अपने संक्रमित मेजबान की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया से बचने की अनुमति देते हैं।[17] रैखिक प्लास्मिड जिसमें प्रोटीन होता है जो डीएनए स्ट्रैंड के 5' छोर से सहसंयोजक रूप से जुड़ा होता है, इनवर्ट्रोन के रूप में जाना जाता है और इसका आकार 9 केबी से लेकर 600 केबी से अधिक हो सकता है जिसमें उल्टे दोहराव सम्मिलित होते हैं।[16] सहसंयोजक प्रोटीन के साथ रैखिक प्लास्मिड जीवाणु जीवाणु संयुग्मन और प्लास्मिड के जीनोम में एकीकरण के साथ सहायता कर सकते हैं। इस प्रकार के रैखिक प्लास्मिड एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के सबसे बड़े वर्ग का प्रतिनिधित्व करते हैं क्योंकि वे न केवल कुछ बैक्टीरिया कोशिकाओं में उपस्थित होते हैं, बल्कि यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पाए जाने वाले सभी रैखिक एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए अणु भी इस इन्वर्ट्रोन संरचना को 5' छोर से जुड़े प्रोटीन के साथ लेते हैं।[16][17]

लंबे, रैखिक "बोर्ग" जो आर्कियोन की प्रजाति के साथ सह-घटित होते हैं - जो उन्हें होस्ट कर सकते हैं और उनके कई जीनों को साझा कर सकते हैं - एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए संरचनाओं का अज्ञात रूप हो सकता है।[18][19]

यूकेरियोटिक

माइटोकॉन्ड्रियल

मानव माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए 37 जीन दिखा रहा है

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में उपस्थित माइटोकॉन्ड्रिया में माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए (mtDNA) की कई प्रतियां होती हैं।[20] मनुष्यों सहित बहुकोशिकीय जानवरों में, गोलाकार mtDNA क्रोमोसोम में 13 जीन होते हैं जो प्रोटीन को एनकोड करते हैं जो इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला का हिस्सा होते हैं और अन्य माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन के लिए 24 जीन होते हैं; ये जीन 2 rRNA जीन और 22 tRNA जीन में टूट जाते हैं।[21] जानवर mtDNA प्लास्मिड का आकार लगभग 16.6 केबी है और, हालांकि इसमें tRNA और mRNA संश्लेषण के लिए जीन सम्मिलित हैं, परमाणु जीन द्वारा कोडित प्रोटीन को अभी भी mtDNA को दोहराने या माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन का अनुवाद करने के लिए आवश्यक है।[22] माइटोकॉन्ड्रियल गुणसूत्र का केवल एक क्षेत्र है जिसमें कोडिंग अनुक्रम नहीं होता है, 1 केबी क्षेत्र जिसे डी-लूप के रूप में जाना जाता है, जिससे परमाणु नियामक प्रोटीन बंधते हैं।[21] प्रति माइटोकॉन्ड्रिया में mtDNA अणुओं की संख्या प्रजातियों से प्रजातियों के साथ-साथ विभिन्न ऊर्जा मांगों वाली कोशिकाओं के बीच भिन्न होती है। उदाहरण के लिए, मांसपेशियों और यकृत कोशिकाओं में रक्त और त्वचा कोशिकाओं की तुलना में प्रति माइटोकॉन्ड्रिया में mtDNA की अधिक प्रतियां होती हैं।[22] माइटोकॉन्ड्रियल आंतरिक झिल्ली के भीतर इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की निकटता और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) के उत्पादन के कारण, और इस तथ्य के कारण कि mtDNA अणु हिस्टोन द्वारा बाध्य या संरक्षित नहीं है, mtDNA परमाणु डीएनए की तुलना में डीएनए क्षति के प्रति अधिक संवेदनशील है।[23] ऐसे स्थितियों में जहां mtDNA क्षति होती है, डीएनए को या तो बेस एक्सिशन रिपेयर पाथवे के जरिए ठीक किया जा सकता है, या क्षतिग्रस्त mtDNA अणु को नष्ट कर दिया जाता है (माइटोकॉन्ड्रियन को नुकसान पहुंचाए बिना क्योंकि प्रति माइटोकॉन्ड्रियन में mtDNA की कई प्रतियां होती हैं)।[24]

मानक आनुवंशिक कोड जिसके द्वारा परमाणु जीन का अनुवाद किया जाता है, सार्वभौमिक है, जिसका अर्थ है कि डीएनए का प्रत्येक 3-आधार अनुक्रम एक ही अमीनो एसिड के लिए कोड करता है, चाहे डीएनए किसी भी प्रजाति से आता हो। हालाँकि, यह कोड काफी सार्वभौमिक है और कवक, जानवरों, प्रोटिस्ट और पौधों के माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए में थोड़ा अलग है।[20] जबकि इन जीवों के mtDNA में अधिकांश 3-बेस अनुक्रम (कोडन) परमाणु आनुवंशिक कोड के समान अमीनो एसिड के लिए कोड करते हैं, कुछ भिन्न होते हैं।

विभिन्न जीवों के mtDNA अनुक्रमों में कोडिंग अंतर
जेनेटिक कोड अनुवाद सारणी डीएनए कोडन सम्मिलित आरएनए कोडन सम्मिलित इस कोड के साथ अनुवाद यूनिवर्सल कोड से तुलना
कशेरुकी माइटोकॉन्ड्रियल 2 AGA AGA Ter (*) Arg (R)
AGG AGG Ter (*) Arg (R)
ATA AUA Met (M) Ile (I)
TGA UGA Trp (W) Ter (*)
यीस्ट माइटोकॉन्ड्रियल 3 ATA AUA Met (M) Ile (I)
CTT CUU Thr (T) Leu (L)
CTC CUC Thr (T) Leu (L)
CTA CUA Thr (T) Leu (L)
CTG CUG Thr (T) Leu (L)
TGA UGA Trp (W) Ter (*)
CGA CGA absent Arg (R)
CGC CGC absent Arg (R)
मोल्ड, प्रोटोजोअन, और सीलेन्टरेट माइटोकॉन्ड्रियल 4 and 7 TGA UGA Trp (W) Ter (*)
अकशेरूकी माइटोकॉन्ड्रियल 5 AGA AGA Ser (S) Arg (R)
AGG AGG Ser (S) Arg (R)
ATA AUA Met (M) Ile (I)
TGA UGA Trp (W) Ter (*)
एकिनोडर्म और फ्लैटवर्म माइटोकॉन्ड्रियल 9 AAA AAA Asn (N) Lys (K)
AGA AGA Ser (S) Arg (R)
AGG AGG Ser (S) Arg (R)
TGA UGA Trp (W) Ter (*)
एस्किडियन माइटोकॉन्ड्रियल 13 AGA AGA Gly (G) Arg (R)
AGG AGG Gly (G) Arg (R)
ATA AUA Met (M) Ile (I)
TGA UGA Trp (W) Ter (*)
वैकल्पिक फ़्लैटवॉर्म माइटोकॉन्ड्रियल 14 AAA AAA Asn (N) Lys (K)
AGA AGA Ser (S) Arg (R)
AGG AGG Ser (S) Arg (R)
TAA UAA Tyr (Y) Ter (*)
TGA UGA Trp (W) Ter (*)
क्लोरोफाइशियन माइटोकॉन्ड्रियल 16 TAG UAG Leu (L) Ter (*)
ट्रेमेटोड माइटोकॉन्ड्रियल 21 TGA UGA Trp (W) Ter (*)
ATA AUA Met (M) Ile (I)
AGA AGA Ser (S) Arg (R)
AGG AGG Ser (S) Arg (R)
AAA AAA Asn (N) Lys (K)
सीनेडेसमस ओब्लिकस माइटोकॉन्ड्रियल 22 TCA UCA Ter (*) Ser (S)
TAG UAG Leu (L) Ter (*)
थ्रोस्टोचिट्रियम माइटोकॉन्ड्रियल 23 TTA UUA Ter (*) Leu (L)
टेरोब्रैन्चिया माइटोकॉन्ड्रियल 24 AGA AGA Ser (S) Arg (R)
AGG AGG Lys (K) Arg (R)
TGA UGA Trp (W) Ter (*)
अमीनो एसिड के जैव रासायनिक गुण अध्रुवीय ध्रुवीय मूलभूत एसिडिक समापन: कोडन बंद करो

ऐसा माना जाता है कि कोडिंग अंतर ट्रांसफर आरएनए में रासायनिक संशोधनों का परिणाम है जो mtDNA अनुक्रमों को लिखने के परिणामस्वरूप उत्पन्न मैसेंजर आरएनए के साथ बातचीत करते हैं।[25]

क्लोरोप्लास्ट

यूकेरियोटिक क्लोरोप्लास्ट, साथ ही अन्य पौधों के प्लास्टिड्स में एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए अणु भी होते हैं। अधिकांश क्लोरोप्लास्ट अपनी सभी आनुवंशिक सामग्री को एक ही चक्राकार गुणसूत्र में रखते हैं, हालाँकि कुछ प्रजातियों में कई छोटे चक्राकार प्लास्मिड के प्रमाण मिलते हैं।[26][27][28] एक हालिया सिद्धांत जो अंगूठी के आकार के क्लोरोप्लास्ट डीएनए (सीपीडीएनए) के वर्तमान मानक मॉडल पर सवाल उठाता है, सुझाव देता है कि सीपीडीएनए सामान्यतः एक रैखिक आकार ले सकता है।[29] सीपीडीएनए के एक अणु में 100-200 जीन हो सकते हैं[30] और विभिन्न प्रजातियों के आकार में भिन्नता होती है। उच्च पौधों में सीपीडीएनए का आकार लगभग 120-160 केबी होता है।[20] mRNA के लिए सीपीडीएनए कोड पर पाए जाने वाले जीन प्रकाश संश्लेषक मार्ग के आवश्यक घटकों के उत्पादन के साथ-साथ tRNA, rRNA, आरएनए पोलीमरेज़ सबयूनिट और राइबोसोमल प्रोटीन सबयूनिट के लिए कोडिंग के लिए जिम्मेदार हैं।[31] mtDNA की तरह, सीपीडीएनए पूरी तरह से स्वायत्त नहीं है और क्लोरोप्लास्ट प्रोटीन की प्रतिकृति और उत्पादन के लिए परमाणु जीन उत्पादों पर निर्भर करता है। क्लोरोप्लास्ट में सीपीडीएनए की कई प्रतियां होती हैं और संख्या न केवल प्रजातियों से प्रजातियों या कोशिका प्रकार से कोशिका प्रकार तक भिन्न हो सकती है, बल्कि कोशिका की आयु और विकास के चरण के आधार पर एक कोशिका के भीतर भी भिन्न हो सकती है। उदाहरण के लिए, युवा कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट में सीपीडीएनए सामग्री, विकास के प्रारंभिक चरणों के दौरान, जहां क्लोरोप्लास्ट अस्पष्ट प्रोप्लास्टिड के रूप में होते हैं, उस समय उपस्थित कोशिकाओं की तुलना में बहुत अधिक होती है जब वह कोशिका परिपक्व होती है और विस्तारित होती है, जिसमें पूरी तरह से परिपक्व प्लास्टिड होते हैं।[32]

सर्कुलर

Main article: एक्स्ट्राक्रोमोसोमल सर्कुलर डीएनए

एक्स्ट्राक्रोमोसोमल सर्कुलर डीएनए (eccDNA) सभी यूकेरियोटिक कोशिकाओं में उपस्थित होते हैं, सामान्यतः जीनोमिक डीएनए से प्राप्त होते हैं, और क्रोमोसोम के कोडिंग और गैर-कोडिंग दोनों क्षेत्रों में पाए जाने वाले डीएनए के दोहराव वाले अनुक्रमों से बने होते हैं। eccDNA का आकार 2000 से कम बेस जोड़े से लेकर 20,000 से अधिक बेस जोड़े तक हो सकता है।[33] पौधों में, eccDNA में उन अनुक्रमों के समान बार-बार अनुक्रम होते हैं जो गुणसूत्रों के सेंट्रोमेरिक क्षेत्रों और दोहराए जाने वाले उपग्रह डीएनए में पाए जाते हैं।[34] जानवरों में, eccDNA अणुओं में दोहराव वाले अनुक्रम पाए जाते हैं जो उपग्रह डीएनए, 5S राइबोसोमल डीएनए और टेलोमेयर डीएनए में देखे जाते हैं।[33] कुछ जीव, जैसे कि यीस्ट, eccDNA का उत्पादन करने के लिए क्रोमोसोमल डीएनए प्रतिकृति पर निर्भर होते हैं[34] जबकि eccDNA का गठन अन्य जीवों, जैसे स्तनधारियों, में प्रतिकृति प्रक्रिया से स्वतंत्र रूप से हो सकता है।[35] eccDNA के कार्य का व्यापक रूप से अध्ययन नहीं किया गया है, लेकिन यह प्रस्तावित किया गया है कि जीनोमिक डीएनए अनुक्रमों से eccDNA तत्वों का उत्पादन यूकेरियोटिक जीनोम की प्लास्टिसिटी को बढ़ाता है और जीनोम स्थिरता, कोशिका उम्र बढ़ने और गुणसूत्रों के विकास को प्रभावित कर सकता है।[36]

एक विशिष्ट प्रकार का एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए, जिसे ecDNA के रूप में जाना जाता है, सामान्यतः मानव कैंसर कोशिकाओं में देखा जाता है।[2][3][4] कैंसर कोशिकाओं में पाए जाने वाले ecDNA में एक या एक से अधिक जीन होते हैं जो चयनात्मक लाभ प्रदान करते हैं। ecDNA, eccDNA से बहुत बड़े होते हैं और प्रकाश माइक्रोस्कोपी द्वारा दृश्यमान होते हैं। कैंसर में ecDNA सामान्यतः 1-3 एमबी और उससे अधिक आकार का होता है।[2] मानव कैंसर कोशिकाओं के नाभिक में बड़े ecDNA अणु पाए गए हैं और यह दिखाया गया है कि वे चालक ऑन्कोजीन की कई प्रतियां ले जाते हैं, जो ट्यूमर कोशिकाओं में स्थानांतरित हो जाते हैं। इस साक्ष्य के आधार पर यह माना जाता है कि ecDNA कैंसर के विकास में योगदान देता है।

विशिष्ट उपकरण उपस्थित हैं जो ecDNA की पहचान करने की अनुमति देते हैं, जैसे

  • पॉल मिशेल और विनीत बाफना द्वारा विकसित सॉफ्टवेयर जो सूक्ष्म छवियों में ecDNA को पहचानने की अनुमति देता है।
  • "सर्कल-सेक, कोशिकाओं से ecDNA को भौतिक रूप से अलग करने, एंजाइमों के साथ किसी भी शेष रैखिक डीएनए को हटाने और जो गोलाकार डीएनए रहता है उसे अनुक्रमित करने की एक विधि", कोपेनहेगन विश्वविद्यालय में बिरगिट रेगेनबर्ग और उनकी टीम द्वारा विकसित की गई।[37]


वायरल

वायरल डीएनए एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए का उदाहरण है। वायरस के विकास और उत्परिवर्तन को समझने के लिए वायरल जीनोम को समझना बहुत महत्वपूर्ण है।[38] कुछ वायरस, जैसे कि एचआईवी और ऑन्कोजेनिक वायरस, अपने स्वयं के डीएनए को मेजबान कोशिका के जीनोम में सम्मिलित करते हैं।[39] वायरल जीनोम सिंगल स्ट्रैंडेड डीएनए (एसएसडीएनए), डबल स्ट्रैंडेड डीएनए (डीएसडीएनए) से बना हो सकता है और रैखिक और गोलाकार दोनों रूपों में पाया जा सकता है।[40]

एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के रूप में गठित वायरस के संक्रमण का एक उदाहरण ह्यूमन पेपिलोमावायरस (एचपीवी) है। एचपीवी डीएनए जीनोम प्रतिकृति के तीन अलग-अलग चरणों से होकर गुजरता है: स्थापना, रखरखाव और प्रवर्धन। एचपीवी एनोजिनिटल ट्रैक्ट और मौखिक गुहा में उपकला कोशिकाओं को संक्रमित करता है। सामान्यतः, एचपीवी का पता लगाया जाता है और प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा उसे ख़त्म कर दिया जाता है। वायरल डीएनए की पहचान प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं का एक महत्वपूर्ण भाग है। इस वायरस के बने रहने के लिए, कोशिका विभाजन के दौरान वृत्ताकार जीनोम को दोहराया जाना चाहिए और वंशानुक्रम में मिला होना चाहिए।[41]

मेजबान कोशिका द्वारा अनुभूति

कोशिकाएँ विदेशी साइटोप्लास्मिक डीएनए को पहचान सकती हैं। पहचान के मार्गों को समझने से रोगों की रोकथाम और उपचार पर प्रभाव पड़ता है।[42] कोशिकाओं में सेंसर होते हैं जो विशेष रूप से वायरल डीएनए जैसे टोल-लाइक रिसेप्टर (टीएलआर) मार्ग को पहचान सकते हैं।[43]

टोल पाथवे को, सबसे पहले कीड़ों में, एक ऐसे मार्ग के रूप में मान्यता दी गई थी जो कुछ प्रकार की कोशिकाओं को विभिन्न प्रकार के बैक्टीरिया या वायरल जीनोम और पीएमपीएस (रोगज़नक़ से जुड़े आणविक पैटर्न) का पता लगाने में सक्षम सेंसर के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है। पीएएमपी को जन्मजात प्रतिरक्षा सिग्नलिंग के शक्तिशाली सक्रियकर्ता के रूप में जाना जाता है। लगभग 10 मानव टोल-लाइक रिसेप्टर्स (टीएलआर) हैं। मनुष्यों में अलग-अलग टीएलआर अलग-अलग पीएएमपीएस का पता लगाते हैं: टीएलआर4 द्वारा लिपोपॉलीसेकेराइड, टीएलआर3 द्वारा वायरल डीएसआरएनए, टीएलआर7/टीएलआर8 द्वारा वायरल एसएसआरएनए, टीएलआर9 द्वारा वायरल या बैक्टीरियल अनमिथाइलेटेड डीएनए। टीएलआर9 सामान्यतः बैक्टीरिया और वायरस में पाए जाने वाले सीपीजी डीएनए का पता लगाने और आईएफएन (प्रकार I इंटरफेरॉन) और अन्य साइटोकिन्स का उत्पादन प्रारम्भ करने के लिए विकसित हुआ है।[43]

वंशानुक्रम

मनुष्यों में माइटोकॉन्ड्रियल वंशानुक्रम: mtDNA और इसके उत्परिवर्तन मातृ संचरित होते हैं।

एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए का वंशानुक्रम गुणसूत्रों में पाए जाने वाले परमाणु डीएनए के वंशानुक्रम से भिन्न होता है। क्रोमोसोम के विपरीत, ecDNA में सेंट्रोमियर नहीं होते हैं और इसलिए यह एक गैर-मेंडेलियन वंशानुक्रम पैटर्न प्रदर्शित करता है जो विषम कोशिका आबादी को जन्म देता है। मनुष्यों में, वस्तुतः संपूर्ण कोशिकाद्रव्य माँ के अंडे से वंशानुक्रम में मिलता है।[44] इस कारण से, mtDNA समेत ऑर्गेनेल डीएनए मां से वंशानुक्रम में मिला है। mtDNA या अन्य साइटोप्लाज्मिक डीएनए में उत्परिवर्तन भी मां से वंशानुक्रम में मिलेगा। यह एकतरफा वंशानुक्रम गैर-मेंडेलियन वंशानुक्रम का एक उदाहरण है। पौधे एकपक्षीय mtDNA वंशानुक्रम भी दर्शाते हैं। अधिकांश पौधों को mtDNA मातृ रूप से वंशानुक्रम में मिलता है, जिसमें एक उल्लेखनीय अपवाद रेडवुड सिकोइया सेपरविरेन्स है जो mtDNA पैतृक रूप से वंशानुक्रम में मिलता है।[45]

ऐसे दो सिद्धांत हैं कि क्यों पैतृक mtDNA शायद ही कभी संतानों में प्रसारित होता है। एक तो बस यह तथ्य है कि पैतृक mtDNA मातृ mtDNA की तुलना में इतनी कम सांद्रता पर है और इस प्रकार संतानों में इसका पता नहीं लगाया जा सकता है। दूसरा, अधिक जटिल सिद्धांत, वंशानुक्रम को रोकने के लिए पैतृक mtDNA का पाचन सम्मिलित है। यह सिद्धांत दिया गया है कि mtDNA की एकतरफा वंशानुक्रम, जिसमें उच्च उत्परिवर्तन दर है, साइटोप्लाज्मिक डीएनए की होमोप्लाज्मी को बनाए रखने के लिए एक तंत्र हो सकती है।[45]

चिकित्सीय महत्व

कभी-कभी ईई कहा जाता है, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल तत्व, यूकेरियोट्स में जीनोमिक अस्थिरता से जुड़े हुए हैं। छोटे पॉलीडिस्पर्ड डीएनए (एसपीसीडीएनए), एक प्रकार का eccDNA, सामान्यतः जीनोम अस्थिरता के साथ पाए जाते हैं। एसपीसीडीएनए उपग्रह डीएनए, रेट्रोवायरस जैसे डीएनए तत्वों और जीनोम में ट्रांसपोज़ेबल तत्वों जैसे दोहराव अनुक्रमों से प्राप्त होते हैं। ऐसा माना जाता है कि ये जीन पुनर्व्यवस्था के उत्पाद हैं।

कैंसर में पाए जाने वाले एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए (ecDNA) को ऐतिहासिक रूप से डबल मिनट क्रोमोसोम (डीएम) के रूप में जाना जाता है, जो प्रकाश माइक्रोस्कोपी के तहत युग्मित क्रोमैटिन निकायों के रूप में उपस्थित होते हैं। डबल मिनट क्रोमोसोम एकल निकायों सहित ecDNA के ~30% कैंसर युक्त स्पेक्ट्रम का प्रतिनिधित्व करते हैं और इसमें एकल निकायों के समान जीन सामग्री पाई गई है।[3] ecDNA संकेतन कैंसर कोशिकाओं में पाए जाने वाले बड़े, ऑन्कोजीन युक्त, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के सभी रूपों को सम्मिलित करता है। इस प्रकार का ecDNA सामान्यतः विभिन्न हिस्टोलॉजी की कैंसर कोशिकाओं में देखा जाता है, लेकिन सामान्य कोशिकाओं में लगभग कभी नहीं देखा जाता है।[3] ऐसा माना जाता है कि ecDNA गुणसूत्रों में डबल-स्ट्रैंड टूटने या किसी जीव में डीएनए की अत्यधिक प्रतिकृति के माध्यम से उत्पन्न होता है। अध्ययनों से पता चलता है कि कैंसर और अन्य जीनोमिक अस्थिरता के स्थितियों में, ईई के उच्च स्तर देखे जा सकते हैं।[5]

माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए विभिन्न तरीकों से बीमारी की प्रारम्भ में भूमिका निभा सकता है। mtDNA में या वैकल्पिक जीन व्यवस्था में बिंदु उत्परिवर्तन कई बीमारियों से जुड़ा हुआ है जो हृदय, केंद्रीय तंत्रिका तंत्र, अंतःस्रावी तंत्र, जठरांत्र संबंधी मार्ग, आंख और गुर्दे को प्रभावित करते हैं।[21] माइटोकॉन्ड्रिया में उपस्थित mtDNA की मात्रा के नुकसान से माइटोकॉन्ड्रियल डिप्लेशन सिंड्रोम (एमडीडी) नामक बीमारियों का एक पूरा उपसमूह हो सकता है, जो मनुष्यों में यकृत, केंद्रीय और परिधीय तंत्रिका तंत्र, चिकनी मांसपेशियों और श्रवण को प्रभावित करता है।[22] ऐसे अध्ययनों में मिश्रित और कभी-कभी परस्पर विरोधी परिणाम सामने आए हैं, जो mtDNA कॉपी संख्या को कुछ कैंसर के विकास के जोखिम से जोड़ने का प्रयास करते हैं। अध्ययन किए गए हैं जो बढ़े हुए और घटे हुए mtDNA स्तरों और स्तन कैंसर के विकास के बढ़ते जोखिम के बीच संबंध दिखाते हैं। बढ़े हुए mtDNA स्तर और गुर्दे के ट्यूमर के विकास के बढ़ते जोखिम के बीच एक सकारात्मक संबंध देखा गया है, लेकिन mtDNA स्तर और पेट के कैंसर के विकास के बीच कोई संबंध नहीं दिखता है।[46]

एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए एपिकॉम्प्लेक्सा में पाया जाता है, जो प्रोटोजोआ का एक समूह है। मलेरिया परजीवी (जीनस प्लाज़मोडियम), एड्स से संबंधित रोगज़नक़ (टैक्सोप्लाज्मा और क्रिप्टोस्पोरिडियम) दोनों एपिकॉम्प्लेक्सा समूह के सदस्य हैं। मलेरिया परजीवी में माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए (mtDNA) पाया गया।[47] मलेरिया परजीवियों में एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के दो रूप पाए जाते हैं। इनमें से एक 6-केबी रैखिक डीएनए है और दूसरा 35-केबी गोलाकार डीएनए है। इन डीएनए अणुओं पर एंटीबायोटिक दवाओं के लिए संभावित न्यूक्लियोटाइड लक्ष्य साइटों के रूप में शोध किया गया है।[48]

कैंसर में ecDNA की भूमिका

जीन प्रवर्धन ऑन्कोजीन सक्रियण के सबसे सामान्य तंत्रों में से एक है। कैंसर में जीन प्रवर्धन प्रायः एक्स्ट्राक्रोमोसोमल, वृत्ताकार तत्वों पर होता है।[49][4] कैंसर में ecDNA का एक प्राथमिक कार्य ट्यूमर को तेजी से उच्च प्रतिलिपि संख्या तक पहुंचने में सक्षम बनाना है, साथ ही तेजी से, बड़े पैमाने पर सेल-टू-सेल आनुवंशिक विविधता को बढ़ावा देना है।[3][8] कैंसर में सबसे सामान्यतः प्रवर्धित ऑन्कोजीन ecDNA पर पाए जाते हैं और इन्हें अत्यधिक गतिशील दिखाया गया है, जो गैर-देशी गुणसूत्रों में सजातीय धुंधला क्षेत्रों के रूप में फिर से एकीकृत (एचएसआर)[50][51] और विभिन्न दवा उपचारों के जवाब में कॉपी संख्या और संरचना में परिवर्तन है।[52][7][53] ecDNA बड़ी संख्या में अधिक उन्नत और सबसे गंभीर कैंसरों के साथ-साथ कैंसर-रोधी दवाओं के प्रतिरोध के लिए जिम्मेदार है।[54]

ecDNA का गोलाकार आकार सार्थक तरीकों से क्रोमोसोमल डीएनए की रैखिक संरचना से भिन्न होता है जो कैंसर रोगजनन को प्रभावित करता है।[55] ecDNA पर एन्कोड किए गए ऑन्कोजीन में बड़े पैमाने पर ट्रांसक्रिप्शनल आउटपुट होता है, जो पूरे ट्रांसक्रिप्टोम में शीर्ष 1% जीन में रैंकिंग करता है। बैक्टीरियल प्लास्मिड या माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए के विपरीत, ecDNA क्रोमैटिनीकृत होते हैं, जिनमें सक्रिय हिस्टोन निशान के उच्च स्तर होते हैं, लेकिन दमनकारी हिस्टोन निशान की कमी होती है। ecDNA क्रोमेटिन वास्तुकला में उच्च-क्रम संघनन का अभाव है जो क्रोमोसोमल डीएनए पर उपस्थित है और पूरे कैंसर जीनोम में सबसे सुलभ डीएनए में से एक है।

ecDNA को नाभिक के भीतर एक साथ क्लस्टर किया जा सकता है, जिसे ecDNA हब कहा जा सकता है।[56] विशेष रूप से, ecDNA हब ऑन्कोजीन ओवरएक्प्रेशन को बढ़ावा देने के लिए अंतर-आणविक वर्धक-जीन परस्पर क्रिया का कारण बन सकते हैं।

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अग्रिम पठन

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