एंडोरेडुप्लीकेशन

एंडोरेडुप्लीकेशन (जिसे एंडोरेप्लिकेशन या एंडोसाइक्लिंग भी कहा जाता है) माइटोसिस की अनुपस्थिति में परमाणु जीनोम की प्रतिकृति है, जिससे परमाणु जीन सामग्री और पॉलीप्लोइडी में वृद्धि होती है। एंडोरेप्लिकेशन को माइटोटिक कोशिका चक्र (G1-S-G2-M) के एक भिन्न रूप के रूप में समझा जा सकता है, जिसमें साइक्लिन-निर्भर किनेज़ (CDK) गतिविधि के मॉड्यूलेशन के कारण माइटोसिस को पूरी तरह से दरकिनार कर दिया जाता है।    सन्धिपाद, स्तनधारी, और पौधों की प्रजातियों में एंडोरेप्लीकेशन के उदाहरण बताते हैं कि यह एक सार्वभौमिक विकासात्मक तंत्र है जो सेल प्रकारों के भेदभाव और रूपजनन के लिए उत्तरदायी है जो जैविक कार्यों की एक सारणी को पूरा करते हैं।  जबकि एंडोरेप्लिकेशन प्रायः जानवरों में विशिष्ट कोशिका प्रकारों तक ही सीमित होता है, पौधों में यह काफी अधिक व्यापक होता है, जैसे कि बहुसंख्यक पौधों के ऊतकों में पॉलीप्लोइडी का पता लगाया जा सकता है।

प्रकृति में उदाहरण
एंडोरेप्लिकेटिंग सेल प्रकार जिनका मॉडल जीवों में बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है

एंडोरेप्लीकेशन, एंडोमिटोसिस और पॉलीटेनाइजेशन
एंडोरेप्लिकेशन, एंडोमिटोसिस और पॉलीटेनाइजेशन तीन अलग-अलग प्रक्रियाएं हैं जिसके परिणामस्वरूप एक कोशिका का विनियमित तरीके से पॉलीप्लोइडाइजेशन होता है। एंडोरेप्लिकेशन में कोशिकाएं M चरण को पूरी तरह से छोड़ देती हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक मोनोन्यूक्लिएटेड पॉलीप्लोइड कोशिका बन जाती है। एंडोमिटोसिस एक प्रकार का कोशिका चक्र भिन्नता है जहां माइटोसिस शुरू होता है, लेकिन कुछ प्रक्रियाएं पूरी नहीं होती हैं। यह इस बात पर निर्भर करता है कि कोशिका माइटोसिस के माध्यम से कितनी आगे बढ़ती है, यह एक मोनोन्यूक्लिएटेड या बाइन्यूक्लिएटेड पॉलीप्लॉइड कोशिका को जन्म देगी।पॉलिटेनाइजेशन कुछ जीनोमिक क्षेत्रों के कम या अधिक प्रवर्धन के साथ उत्पन्न होता है, जिससे पॉलिटेन क्रोमोसोम का निर्माण होता है।



जैविक महत्व
कोशिका प्रकारों की विस्तृत श्रृंखला के आधार पर जिसमें एंडोरेप्लिकेशन होता है, इस घटना के कार्यात्मक महत्व को समझाने के लिए इनकी विभिन्न प्रकार की परिकल्पनाएं उत्पन्न की गई हैं।  दुर्भाग्य से, इन निष्कर्षों का समर्थन करने के लिए प्रायोगिक साक्ष्य कुछ हद तक सीमित हैं:

कोशिका/जीव का आकार
कोशिका प्लोइडी प्रायः कोशिका के आकार से संबंधित होती है, और कुछ मामलों में, एंडोरेप्लिकेशन के विघटन के परिणामस्वरूप कोशिका और ऊतक का आकार कम हो जाता है यह सुझाव देता है कि एंडोरेप्लिकेशन ऊतक विकास के लिए एक तंत्र के रूप में काम कर सकता है। माइटोसिस के सापेक्ष, एंडोरेप्लीकेशन के लिए साइटोस्केलेटल पुनर्व्यवस्था या नई कोशिका झिल्ली के उत्पादन की आवश्यकता नहीं होती है और यह प्रायः उन कोशिकाओं में उत्पन्न होता है जो पहले से ही विभेदित हो चुके हैं।इस प्रकार यह विभेदित कोशिका प्रकारों के बीच कोशिका प्रसार के लिए एक ऊर्जावान रूप से कुशल विकल्प का प्रतिनिधित्व कर सकता है जो अब माइटोसिस से गुजरने का जोखिम नहीं उठा सकते हैं। जबकि प्लोइडी और ऊतक के आकार के बीच संबंध स्थापित करने वाले साक्ष्य साहित्य में प्रचलित हैं, इसके विपरीत उदाहरण भी उपस्थित हैं।

सेल भेदभाव
पौधों के ऊतकों के विकास में माइटोसिस से एंडोरेप्लिकेशन में संक्रमण प्रायः कोशिका विभेदन और मोर्फोजेनेसिस के साथ मेल खाता है।। यद्यपि यह निर्धारित किया जाना बाकी है कि एंडोरेप्लिकेशन और पॉलीप्लोइडी कोशिका विभेदन में योगदान करते हैं या इसके विपरीत यह संभव है या नहीं। ट्राइकोम पूर्वजों में एंडोरेप्लिकेशन के लक्षित निषेध के परिणामस्वरूप बहुकोशिकीय ट्राइकोम का उत्पादन होता है जो अपेक्षाकृत सामान्य आकारिकी प्रदर्शित करते हैं, लेकिन अंततः विभेदित होते हैं और पत्ती के एपिडर्मि में अवशोषण से गुजरते हैं। यह परिणाम बताता है कि कोशिका पहचान के रखरखाव के लिए एंडोरेप्लिकेशन और पॉलीप्लोइडी की आवश्यकता हो सकती है।

अंडजनन और भ्रूण विकास
एंडोरेप्लिकेशन प्रायः अंडाणुओं और भ्रूणों के पोषण और सुरक्षा के लिए उत्तरदायी कोशिकाओं में देखा जाता है। यह सुझाव दिया गया है कि बढ़ी हुई जीन प्रतिलिपि संख्या भ्रूणजनन और प्रारंभिक विकास की चयापचय मांगों को पूरा करने के लिए आवश्यक प्रोटीन के बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमति दे सकती है। इस धारणा के अनुरूप, ड्रोसोफिला कूप कोशिकाओं में माइसी ऑन्कोजीन के उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप एंडोरेप्लिकेशन और गर्भपात अंडजनन कम हो जाता है। यद्यपि, मक्के के भ्रूणपोष में एंडोरेप्लिकेशन में कमी से स्टार्च और भंडारण प्रोटीन के संचय पर सीमित प्रभाव पड़ता है, जिससे पता चलता है कि विकासशील भ्रूण की पोषण संबंधी आवश्यकताओं में न्यूक्लियोटाइड सम्मिलित हो सकते हैं, जिसमें पॉलीप्लॉइड जीनोम सम्मिलित होता है, न कि इसके द्वारा एनकोड किए गए प्रोटीन।

जीनोम को बफर करना
एक और परिकल्पना यह है कि एंडोरेप्लिकेशन DNA क्षति और उत्परिवर्तन के खिलाफ बफर करता है क्योंकि यह महत्वपूर्ण जीन की अतिरिक्त प्रतियां प्रदान करता है।। यद्यपि यह धारणा पूरी तरह से काल्पनिक है और इसके विपरीत सीमित साक्ष्य हैं। उदाहरण के लिए, पॉलीप्लोइड यीस्ट उपभेदों के विश्लेषण से पता चलता है कि वे द्विगुणित उपभेदों की तुलना में विकिरण के प्रति अधिक संवेदनशील हैं

तनाव के प्रति अभिक्रिया
पौधों पर शोध से पता चलता है कि एंडोरेप्लिकेशन तनाव अभिक्रियाओं को नियंत्रित करने में भी भूमिका निभा सकता है। E2fe (पौधों में एंडोसाइक्लिंग का एक अवरोधक) की अभिव्यक्ति में हेरफेर करके, शोधकर्ता यह प्रदर्शित करने में सक्षम थे कि बढ़ी हुई कोशिका प्लोइडी पत्ती के आकार पर सूखे के तनाव के नकारात्मक प्रभाव को कम करती है। यह देखते हुए कि पौधों की गतिहीन जीवनशैली के लिए पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल होने की क्षमता की आवश्यकता होती है, यह अनुमान लगाना आकर्षक है कि व्यापक पॉलीप्लोइडाइजेशन योगदान देता है।

एंडोरेप्लिकेशन का आनुवंशिक नियंत्रण
माइटोसिस-टू-एंडोसायकल संक्रमण का सबसे अच्छा अध्ययन किया गया उदाहरण के लिए यह ड्रोसोफिला कूप कोशिकाओं में होता है और नॉच सिग्नलिंग द्वारा सक्रिय होता है। एंडोसायकल में प्रवेश में माइटोटिक और S-चरण साइक्लिन-निर्भर किनेज़ (CDK) गतिविधि का मॉड्यूलेशन सम्मिलित है। M-चरण CDK गतिविधि का निषेध Cdh/fzr के ट्रांसक्रिप्शनल सक्रियण और G2-M नियामक स्ट्रिंग/cdc25 के दमन के माध्यम से पूरा किया जाता है।Cdh/fzr एनाफेज-प्रमोटिंग c के सक्रियण के लिए उत्तरदायी है। स्ट्रिंग/cdc25 एक फॉस्फेट है जो माइटोटिक साइक्लिन-CDKजटिल गतिविधि को उत्तेजित करता है। S-चरण सीडीके गतिविधि का अपग्रेडेशन निरोधात्मक किनेसे डेकापो के ट्रांसक्रिप्शनल दमन के माध्यम से पूरा किया जाता है। साथ में, ये परिवर्तन माइटोटिक प्रवेश, G1 के माध्यम से प्रगति और S-चरण में प्रवेश को रोकने की अनुमति देते हैं। स्तनधारी मेगाकारियोसाइट्स में एंडोमाइटोसिस के प्रेरण में थ्रोम्बोपोइटिन (TPO) साइटोकिन द्वारा c-mpl रिसेप्टर का सक्रियण सम्मिलित होता है और ERK1/2 सिग्नलिंग द्वारा मध्यस्थ होता है। मेगाकार्योसाइट्स में एंडोरेप्लिकेशन S-चरण साइक्लिन-CDK  परिसर  के सक्रियण और माइटोटिक साइक्लिन-CDK गतिविधि के निषेध के परिणामस्वरूप होता है।



एंडोसाइक्लिंग का नॉच विनियमन
एंडोरेप्लिकेशन (और माइटोसिस) के दौरान S-चरण में प्रवेश को प्रतिकृति उत्पत्ति पर एक प्रीरेप्लिकेटिव परिसर (प्री-RC) के गठन के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है, इसके बाद DNA प्रतिकृति मशीनरी की भर्ती और सक्रियण किया जाता है। एंडोरेप्लीकेशन के संदर्भ में इन घटनाओं को साइक्लिन ई-Cdk में दोलन द्वारा सुगम बनाया जाता है। साइक्लिन E-Cdk2 गतिविधि प्रतिकृति मशीनरी की भर्ती और सक्रियण को संचालित करती है, लेकिन यह प्री-आरसी गठन को भी रोकता है, साइक्लिन E-Cdk22 गतिविधि प्रतिकृति मशीनरी की भर्ती और सक्रियण को संचालित करती है, लेकिन यह पूर्व-RC गठन को भी रोकती है। संभवतः यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रति चक्र प्रतिकृति का केवल एक दौर होता है। प्रतिकृति उत्पत्ति पर पूर्व-RC गठन पर नियंत्रण बनाए रखने में विफलता के परिणामस्वरूप "पुन: प्रतिकृति" नामक घटना होती है जो कैंसर कोशिकाओं में साधारण है। वह तंत्र जिसके द्वारा साइक्लिन E-cdk2 प्री-RC गठन को रोकता है, उसमें APC-Cdh1-मध्यस्थता प्रोटियोलिसिस और संचय का डाउनरेगुलेशन सम्मिलित है।

साइक्लिन E-Cdk2 गतिविधि में दोलनों को ट्रांसक्रिप्शनल और पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शनल तंत्र के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है। साइक्लिन E की अभिव्यक्ति E2F प्रतिलेखन कारकों द्वारा सक्रिय होती है जिन्हें एंडोरेप्लिकेशन के लिए आवश्यक दिखाया गया है।  हाल के काम से पता चलता है कि E2F और साइक्लिन E प्रोटीन के स्तर में देखे गए दोलन एक नकारात्मक-अभिक्रिया लूप के परिणामस्वरूप होते हैं, जिसमें Cul4-निर्भर सर्वव्यापकता और E2F का क्षरण सम्मिलित होता है। साइक्लिन E-Cdk2 गतिविधि के पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शनल विनियमन में साइक्लिन E का एगो/Fbw7-मध्यस्थता प्रोटियोलिटिक क्षरण सम्मिलित है  और डैकापो औरp57 जैसे कारकों द्वारा इसका प्रत्यक्ष निषेध है।   लिलियासियस पौधे एरेमुरस के एथेर टेपेटम में वास्तविक एंडोमिटोसिस का वर्णन किया गया है। परमाणु झिल्ली गायब नहीं होती है, लेकिन मेटाफ़ेज़ के दौरान गुणसूत्र संघनित होते हैं, जो प्रायः सामान्य माइटोसिस की तुलना में काफी अधिक होता है। जब पराग मातृ कोशिकाएं (PMC) अंतिम प्रीमियोटिक माइटोसिस से गुजरती हैं, तो टेपेटल कोशिकाओं में एक द्विगुणित नाभिक होता है जो विभाजित होता है जबकि कोशिका अविभाजित रहती है। दो द्विगुणित नाभिक एक एंडोमिटोसिस से गुजर सकते हैं और परिणामी टेट्राप्लोइड नाभिक एक दूसरा एंडोमिटोसिस हो सकता है।दो द्विगुणित नाभिक एक एंडोमिटोसिस से गुजर सकते हैं और परिणामी टेट्राप्लोइड नाभिक एक दूसरे एंडोमिटोसिस से गुजर सकते हैं। एक वैकल्पिक मार्ग एंडोमिटोटिक चक्रों में से एक के बजाय कोशिका विभाजन के बिना एक सामान्य माइटोसिस है। टेपेटम में साइटोलॉजिकल चित्र एनाफ़ेज़ में पुनर्स्थापन और माइटोसिस के दौरान मेटाफ़ेज़ और एनाफ़ेज़ समूहों के संलयन से और अधिक जटिल हो जाता है, ऐसी प्रक्रियाएँ जो अपेक्षित दो या चार के बजाय एक, दो या तीन नाभिक वाली कोशिकाओं को जन्म दे सकती हैं।

एंडोरेप्लीकेशन और ऑन्कोजेनेसिस
पॉलिप्लोइडी और एन्यूप्लोइडी कैंसर कोशिकाओं में सामान्य घटनाएं हैं। यह देखते हुए कि ऑन्कोजेनेसिस और एंडोरेप्लिकेशन में सामान्य कोशिका चक्र नियामक तंत्र का विध्वंस सम्मिलित हो सकता है, एंडोरेप्लिकेशन की गहन समझ कैंसर जीव विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है।

उभयलिंगी कशेरुकियों में प्रीमेयोटिक एंडोमिटोसिस
एकलिंगी सैलामैंडर (जीनस एम्बिस्टोमा) सबसे पुराना ज्ञात एकलिंगी कशेरुकी वंश है, जो लगभग 5 मिलियन वर्ष पहले उत्पन्न हुआ था। इन पॉलीप्लोइड एकलिंगी मादाओं में, जीनोम की एक अतिरिक्त प्रीमियोटिक एंडोमिटोटिक प्रतिकृति, गुणसूत्रों की संख्या को दोगुना कर देती है। परिणामस्वरूप, दो अर्धसूत्री विभाजनों के बाद उत्पन्न होने वाले परिपक्व अंडों में वयस्क मादा सैलामैंडर की दैहिक कोशिकाओं के समान प्लोइडी होती है। इस प्रकार बहुत कम, यदि कोई हो, आनुवंशिक भिन्नता उत्पन्न होती है। समजात गुणसूत्रों के बीच पुनर्संयोजन शायद ही कभी होता है, यदि होता भी है। चूंकि आनुवंशिक भिन्नता का उत्पादन कमज़ोर है, इसलिए लाखों वर्षों तक अर्धसूत्रीविभाजन के रखरखाव के लिए पर्याप्त लाभ प्रदान करने की संभावना नहीं है। शायद अर्धसूत्रीविभाजन द्वारा प्रदान की गई प्रत्येक पीढ़ी में DNA क्षति की कुशल पुनर्संयोजन मरम्मत अर्धसूत्रीविभाजन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त लाभ रही है।