एंडोरेडुप्लीकेशन

एंडोरेडुप्लीकेशन (जिसे एंडोरेप्लीकेशन या एंडोसायक्लिंग भी कहा जाता है) पिंजरे का बँटवारा  की अनुपस्थिति में परमाणु जीनोम की प्रतिकृति है, जो उन्नत परमाणु जीन सामग्री और बहुगुणिता की ओर जाता है। एंडोरेप्लीकेशन को माइटोटिक कोशिका चक्र (G1-S-G2-M) के एक भिन्न रूप के रूप में समझा जा सकता है जिसमें साइक्लिन-आश्रित किनेज (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 जिम्मेदार है जो जैविक कार्यों की एक सरणी को पूरा करते हैं।  जबकि एंडोरेप्लीकेशन अक्सर जानवरों में विशिष्ट कोशिका प्रकारों तक सीमित होता है, यह पौधों में काफी अधिक व्यापक होता है, जैसे कि अधिकांश पौधों के ऊतकों में बहुगुणित 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
एंडोरेप्लीकेशन, एंडोमिटोसिस और पॉलीटेनाइजेशन तीन अलग-अलग प्रक्रियाएं हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक सेल के पॉलीप्लाइडाइजेशन को विनियमित तरीके से किया जाता है। एंडोरेप्लीकेशन कोशिकाओं में माइटोसिस को पूरी तरह से छोड़ देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक मोनोन्यूक्लाइड पॉलीप्लाइड सेल होता है। एंडोमिटोसिस एक प्रकार का सेल चक्र भिन्नता है जहां माइटोसिस शुरू होता है, लेकिन कुछ प्रक्रियाएं पूरी नहीं होती हैं। माइटोसिस के माध्यम से कोशिका कितनी आगे बढ़ती है, इस पर निर्भर करते हुए, यह एक मोनोन्यूक्लाइड या द्विनेत्रीय कोशिकाओं पॉलीप्लाइड सेल को जन्म देगा। पॉलिटेनाइज़ेशन कुछ जीनोमिक क्षेत्रों के अंडर-या ओवरएम्प्लीफिकेशन के साथ उत्पन्न होता है, जिससे पॉलिथीन गुणसूत्र बनते हैं।



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

कोशिका/जीव का आकार
सेल ploidy अक्सर सेल आकार के साथ संबंध रखता है,  और कुछ उदाहरणों में, एंडोरेप्लीकेशन के विघटन से कोशिका और ऊतक का आकार कम हो जाता है यह सुझाव देते हुए कि एंडोरेप्लीकेशन ऊतक वृद्धि के लिए एक तंत्र के रूप में काम कर सकता है। माइटोसिस के सापेक्ष, एंडोरेप्लीकेशन को साइटोस्केलेटल पुनर्व्यवस्था या नई कोशिका झिल्ली के उत्पादन की आवश्यकता नहीं होती है और यह अक्सर उन कोशिकाओं में होता है जो पहले से ही विभेदित हैं। जैसे कि यह विभेदित सेल प्रकारों के बीच सेल प्रसार के लिए ऊर्जावान रूप से कुशल विकल्प का प्रतिनिधित्व कर सकता है जो अब माइटोसिस से नहीं गुजर सकता। जबकि साहित्य में प्लोइडी और ऊतक के आकार के बीच संबंध स्थापित करने वाले साक्ष्य प्रचलित हैं, इसके विपरीत उदाहरण भी मौजूद हैं।

सेल भेदभाव
पौधे के ऊतकों के विकास में माइटोसिस से एंडोरेप्लीकेशन तक का संक्रमण अक्सर सेल भेदभाव और मॉर्फोजेनेसिस के साथ मेल खाता है। हालाँकि यह निर्धारित किया जाना बाकी है कि क्या एंडोरेप्लीकेशन और पॉलीप्लॉइड सेल भेदभाव या इसके विपरीत योगदान करते हैं।  trichome  प्रोजेनिटर्स में एंडोरेप्लीकेशन के लक्षित निषेध के परिणामस्वरूप बहुकोशिकीय ट्राइकोम्स का उत्पादन होता है जो अपेक्षाकृत सामान्य आकारिकी प्रदर्शित करते हैं, लेकिन अंतत: अलग हो जाते हैं और पत्ती पत्ती की एपिडर्मिस में अवशोषण से गुजरते हैं। यह परिणाम बताता है कि सेल पहचान के रखरखाव के लिए एंडोरेप्लीकेशन और पॉलीप्लोइडी की आवश्यकता हो सकती है।

ओजेनसिस और भ्रूण विकास
एंडोरेप्लीकेशन आमतौर पर oocytes  और भ्रूण के पोषण और सुरक्षा के लिए जिम्मेदार सेल (जीव विज्ञान) में देखा जाता है। यह सुझाव दिया गया है कि बढ़ी हुई जीन कॉपी 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 Myc oncogene के उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप एंडोरेप्लीकेशन और गर्भपात ओजेनसिस कम हो जाता है। हालांकि, मक्के के  एण्डोस्पर्म  में एंडोरप्लीकेशन में कमी का स्टार्च और स्टोरेज प्रोटीन के संचय पर सीमित प्रभाव पड़ता है, यह सुझाव देता है कि विकासशील भ्रूण की पोषण संबंधी आवश्यकताओं में न्यूक्लियोटाइड्स शामिल हो सकते हैं जो प्रोटीन को एन्कोड करने के बजाय पॉलीप्लॉइड जीनोम को शामिल करते हैं।

जीनोम बफरिंग
एक अन्य परिकल्पना यह है कि एंडोरेप्लीकेशन डीएनए क्षति और उत्परिवर्तन के खिलाफ बफर करता है क्योंकि यह महत्वपूर्ण जीनों की अतिरिक्त प्रतियां प्रदान करता है। हालाँकि, यह धारणा विशुद्ध रूप से सट्टा है और इसके विपरीत सीमित प्रमाण हैं। उदाहरण के लिए, पॉलीप्लोइड ख़मीर  स्ट्रेन के विश्लेषण से पता चलता है कि वे द्विगुणित यीस्ट स्ट्रेन की तुलना में विकिरण के प्रति अधिक संवेदनशील हैं।

तनाव प्रतिक्रिया
पौधों में अनुसंधान से पता चलता है कि तनाव प्रतिक्रियाओं को संशोधित करने में एंडोरेप्लीकेशन भी एक भूमिका निभा सकता है। E2fe (पौधों में एंडोसायक्लिंग का एक दमनक) की अभिव्यक्ति में हेरफेर करके, शोधकर्ता यह प्रदर्शित करने में सक्षम थे कि बढ़ी हुई सेल प्लोइडी पत्ती के आकार पर सूखे के तनाव के नकारात्मक प्रभाव को कम करती है। यह देखते हुए कि पौधों की गतिहीन जीवन शैली के लिए पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल होने की क्षमता की आवश्यकता होती है, यह अनुमान लगाने की अपील कर रहा है कि व्यापक पॉलीप्लाइडाइजेशन उनके विकासात्मक प्लास्टिसिटी में योगदान देता है।

एंडोरेप्लीकेशन
का आनुवंशिक नियंत्रण माइटोसिस-टू-एंडोसायकल संक्रमण का सबसे अच्छा अध्ययन किया गया उदाहरण ड्रोसोफिला कूप कोशिकाओं में होता है और पायदान संकेतन  द्वारा सक्रिय होता है। एंडोसायकल्स में प्रवेश में माइटोटिक और एस-चरण साइक्लिन-आश्रित किनेज (सीडीके) गतिविधि का मॉड्यूलेशन शामिल है। M-चरण CDK गतिविधि का निषेध Cdh/fzr के ट्रांसक्रिप्शनल सक्रियण और G2-M रेगुलेटर स्ट्रिंग/cdc25 के दमन के माध्यम से पूरा किया जाता है। Cdh/fzr एनाफेज-प्रमोटिंग कॉम्प्लेक्स (APC) की सक्रियता और बाद में माइटोटिक चक्रवात के प्रोटियोलिसिस के लिए जिम्मेदार है। स्ट्रिंग/cdc25 एक फॉस्फेट है जो माइटोटिक साइक्लिन-सीडीके जटिल गतिविधि को उत्तेजित करता है। एस-फेज सीडीके गतिविधि का अपरेगुलेशन निरोधात्मक  काइनेज  डैकापो के  ट्रांस्क्रिप्शनल  दमन के माध्यम से पूरा किया जाता है। साथ में, ये परिवर्तन माइटोटिक प्रविष्टि, G1 चरण के माध्यम से प्रगति, और S- चरण में प्रवेश को रोकने की अनुमति देते हैं। स्तनधारी मेगाकार्योसाइट्स में एंडोमिटोसिस की प्रेरण में थ्रोम्बोपोइटिन (टीपीओ) साइटोकाइन द्वारा सी-एमपीएल रिसेप्टर की सक्रियता शामिल है और ईआरके 1/2 सिग्नलिंग द्वारा मध्यस्थता की जाती है। ड्रोसोफिला कूप कोशिकाओं के साथ, मेगाकारियोसाइट्स में एंडोरेप्लीकेशन एस-चरण साइक्लिन-सीडीके परिसरों के सक्रियण और माइटोटिक साइक्लिन-सीडीके गतिविधि के निषेध के परिणामस्वरूप होता है।

एंडोरेप्लीकेशन (और माइटोसिस) के दौरान एस-चरण में प्रवेश को प्रतिकृति उत्पत्ति पर प्रीरेप्लिकेटिव कॉम्प्लेक्स (प्री-आरसी) के गठन के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है, जिसके बाद डीएनए प्रतिकृति मशीनरी की भर्ती और सक्रियण होता है। एंडोरेप्लीकेशन के संदर्भ में इन घटनाओं साइक्लिन ई E-Cdk2 गतिविधि में एक 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, संभवतः यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रति चक्र केवल एक दौर की प्रतिकृति होती है। प्रतिकृति उत्पत्ति पर प्री-आरसी गठन पर नियंत्रण बनाए रखने में विफलता के परिणामस्वरूप "पुनरावृत्ति" नामक एक घटना होती है जो कैंसर कोशिकाओं में आम है। तंत्र जिसके द्वारा साइक्लिन E-Cdk2 प्री-आरसी गठन को रोकता है, इसमें एनाफेज-प्रमोटिंग कॉम्प्लेक्स-Cdh1-मध्यस्थता प्रोटियोलिसिस और प्रोटीन  जहाज का  का संचय शामिल है, जो प्री-आरसी घटक Cdt1 के अनुक्रम के लिए जिम्मेदार है। साइक्लिन E-Cdk2 गतिविधि में दोलनों को ट्रांसक्रिप्शनल और पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शनल तंत्र के माध्यम से संशोधित किया जाता है। साइक्लिन ई की अभिव्यक्ति E2F प्रतिलेखन कारकों द्वारा सक्रिय होती है जिन्हें एंडोरेप्लीकेशन के लिए आवश्यक दिखाया गया था।  हाल के काम से पता चलता है कि E2F और साइक्लिन E प्रोटीन के स्तर में देखे गए दोलन एक नकारात्मक-प्रतिक्रिया पाश से उत्पन्न होते हैं, जिसमें Cul4- निर्भर सर्वव्यापकता और E2F की गिरावट शामिल है। साइक्लिन E-Cdk2 गतिविधि के पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शनल विनियमन में साइक्लिन E का एगो / Fbw7-मध्यस्थता प्रोटियोलिटिक गिरावट शामिल है  और Dacapo और p57 (जीन) जैसे कारकों द्वारा प्रत्यक्ष निषेध।  लिलीसियस प्लांट एरेमुरस के एथेर टेपेटम में सही एंडोमिटोसिस का वर्णन किया गया है। परमाणु झिल्ली गायब नहीं होती है, लेकिन मेटाफ़ेज़ के दौरान क्रोमोसोम संघनित होते हैं, अक्सर सामान्य माइटोसिस की तुलना में काफी अधिक होते हैं। जब पराग मातृ कोशिकाएं (पीएमसी) अंतिम प्रीमेयोटिक 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। एक वैकल्पिक मार्ग एक सामान्य माइटोसिस है - फिर से एंडोमिटोटिक चक्रों में से एक के बजाय कोशिका विभाजन के बिना। माइटोसिस के दौरान एनाफेज और मेटाफेज और एनाफेज समूहों के संलयन से टेपेटम में साइटोलॉजिकल तस्वीर और जटिल हो जाती है, ऐसी प्रक्रियाएं जो अपेक्षित दो या चार के बजाय एक, दो या तीन नाभिक वाली कोशिकाओं को जन्म दे सकती हैं। इन टेपेटल कोशिकाओं में तथाकथित निरोधात्मक माइटोसिस का कोई संकेत नहीं देखा जाता है। जब पीएमसी लेप्टोटीन-जाइगोटीन में होते हैं, तो बहुत कम टेपेटल नाभिक एंडोमिटोसिस में होते हैं। जब पीएमसी डिप्लोटीन तक पहुंच गए हैं, तो लगभग 100% कोशिकाएं जो इंटरपेज़ में नहीं हैं, एक एंडोमिटोटिक चरण दिखाती हैं।

एंडोरेप्लीकेशन और ऑन्कोजेनेसिस
Polyploidy और aeuploidy कैंसर कोशिकाओं में सामान्य घटनाएँ हैं। यह देखते हुए कि ओंकोजेनेसिस और एंडोरेप्लीकेशन में सामान्य सेल चक्र नियामक तंत्र के विध्वंस शामिल हैं, एंडोरेप्लीकेशन की गहन समझ कैंसर जीव विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है।

उभयलिंगी कशेरुकियों में प्रीमेयोटिक एंडोमिटोसिस
उभयलिंगी सैलामैंडर (जीनस अम्बिस्टोमा ) सबसे पुराना ज्ञात उभयलिंगी कशेरुक वंश है, जो लगभग 5 मिलियन वर्ष पहले उत्पन्न हुआ था। इन बहुगुणित उभयलिंगी महिलाओं में, जीनोम की एक अतिरिक्त प्रीमेयोटिक एंडोमिटोटिक प्रतिकृति, गुणसूत्रों की संख्या को दोगुना कर देती है। नतीजतन, परिपक्व अंडे जो दो अर्धसूत्रीविभाजनों के बाद उत्पन्न होते हैं, उनमें वयस्क मादा समन्दर की दैहिक कोशिकाओं के समान गुण होते हैं। इन उभयलिंगी महिलाओं में मेयोटिक प्रोफ़ेज़ I के दौरान सिनैप्सिस और पुनर्संयोजन आमतौर पर समान बहन गुणसूत्रों के बीच और कभी-कभी समरूप गुणसूत्रों के बीच होता है। इस प्रकार बहुत कम, यदि कोई हो, आनुवंशिक भिन्नता उत्पन्न होती है। होमोलॉगस गुणसूत्रों के बीच पुनर्संयोजन शायद ही कभी होता है, यदि बिल्कुल भी।  चूंकि आनुवंशिक भिन्नता का उत्पादन कमजोर है, इसलिए लाखों वर्षों तक अर्धसूत्रीविभाजन के रखरखाव के लिए खाते में पर्याप्त लाभ प्रदान करने की संभावना नहीं है। शायद अर्धसूत्रीविभाजन द्वारा प्रदान की गई प्रत्येक पीढ़ी में डीएनए क्षति की कुशल पुनर्संयोजन मरम्मत अर्धसूत्रीविभाजन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त लाभ रही है।