एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए

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एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए (संक्षेप में ईसीडीएनए) कोई भी डीएनए है जो किसी कोशिका के केंद्रक के अंदर या बाहर गुणसूत्रों से पाया जाता है। एक व्यक्तिगत जीनोम में अधिकांश डीएनए नाभिक में मौजूद गुणसूत्रों में पाया जाता है। एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के कई रूप मौजूद 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 अक्सर प्रतिकृति के अनुसंधान में किया जाता है क्योंकि इसे पहचानना और अलग करना आसान होता है।[1]

हालाँकि एक्स्ट्राक्रोमोसोमल सर्कुलर डीएनए (ईसीसीडीएनए) सामान्य यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पाया जाता है, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए (ईसीडीएनए) एक 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] ईसीडीएनए 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, ईसीडीएनए 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 एक झिल्ली-बद्ध नाभिक नहीं होता है, उनमें एक 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 मौजूद होता है। बैक्टीरियल प्लास्मिड आम तौर पर 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 एक 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 अक्सर 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 शामिल है), ग्राम-ऋणात्मक जीवाणु की कई प्रजातियाँ जीनस स्ट्रेप्टोमाइसेस के मिट्टी के बैक्टीरिया और ग्राम में- ऋणात्मक जीवाणु प्रजाति थियोबैसिलस वर्सुटस, एक जीवाणु जो सल्फर को ऑक्सीकरण करता है। प्रोकैरियोट्स के रैखिक प्लास्मिड या तो एक हेयरपिन लूप या डीएनए अणु के टेलोमेर सिरों से जुड़े एक 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 एक 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 एक 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 शामिल होते हैं।[16] एक 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 मौजूद 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 एक 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 एक अज्ञात रूप हो सकता है।[18][19]

यूकेरियोटिक

माइटोकॉन्ड्रियल

मानव माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए 37 जीन दिखा रहा है

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में मौजूद माइटोकॉन्ड्रिया में माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए (एमटीडीएनए) की कई प्रतियां होती हैं।[20] मनुष्यों सहित बहुकोशिकीय जानवरों में, गोलाकार एमटीडीएनए 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 आरआरएनए जीन और 22 टीआरएनए जीन में टूट जाते हैं।[21] एक जानवर एमटीडीएनए प्लास्मिड का आकार लगभग 16.6 केबी है और, हालांकि इसमें टीआरएनए और एमआरएनए संश्लेषण के लिए जीन शामिल हैं, परमाणु जीन द्वारा कोडित प्रोटीन को अभी भी एमटीडीएनए 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 एमटीडीएनए 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 एमटीडीएनए 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 एमटीडीएनए अणु हिस्टोन द्वारा बाध्य या संरक्षित नहीं है, एमटीडीएनए परमाणु डीएनए की तुलना में डीएनए क्षति के प्रति अधिक संवेदनशील है।[23] ऐसे मामलों में जहां एमटीडीएनए क्षति होती है, डीएनए को या तो बेस एक्सिशन रिपेयर पाथवे के जरिए ठीक किया जा सकता है, या क्षतिग्रस्त एमटीडीएनए अणु को नष्ट कर दिया जाता है (माइटोकॉन्ड्रियन को नुकसान पहुंचाए बिना क्योंकि प्रति माइटोकॉन्ड्रियन में एमटीडीएनए 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 एमटीडीएनए 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 एमटीडीएनए अनुक्रमों में कोडिंग अंतर
जेनेटिक कोड अनुवाद सारणी डीएनए कोडन शामिल आरएनए कोडन शामिल 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 (*)
Amino acids biochemical properties nonpolar polar basic acidic Termination: stop codon

कोडिंग अंतर को TRNA में रासायनिक संशोधनों का परिणाम माना जाता है जो mtDNA अनुक्रमों के प्रतिलेखन (आनुवांशिकी) के परिणामस्वरूप उत्पन्न MRNA के साथ परस्पर क्रिया करता है।[25]


क्लोरोप्लास्ट

यूकेरियोटिक क्लोरोप्लास्ट, साथ ही साथ अन्य पौधे प्लास्टिड्स में एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए अणु भी होते हैं। अधिकांश क्लोरोप्लास्ट अपनी सभी आनुवंशिक सामग्री को एक एकल वलय वाले गुणसूत्र में रखते हैं, हालाँकि कुछ प्रजातियों में कई छोटे वलय वाले क्लोरोप्लास्ट डीएनए # आणविक संरचना के प्रमाण हैं।[26][27][28] एक हालिया सिद्धांत जो अंगूठी के आकार के क्लोरोप्लास्ट डीएनए (सीपीडीएनए) के मौजूदा मानक मॉडल पर सवाल उठाता है, सुझाव देता है कि सीपीडीएनए आमतौर पर एक रैखिक आकार ले सकता है।[29] सीपीडीएनए के एक अणु में 100-200 जीन हो सकते हैं[30] और प्रजातियों से प्रजातियों के आकार में भिन्न होता है। उच्च पौधों में cpDNA का आकार लगभग 120–160 kb होता है।[20] mRNAs के लिए cpDNA कोड पर पाए जाने वाले जीन जो प्रकाश संश्लेषण मार्ग के आवश्यक घटकों के उत्पादन के साथ-साथ tRNAs, rRNAs, RNA पोलीमरेज़ सबयूनिट्स और राइबोसोमल प्रोटीन सबयूनिट्स के लिए कोडिंग के लिए ज़िम्मेदार हैं।[31] एमटीडीएनए 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 cpDNA की कई प्रतियां होती हैं और संख्या न केवल प्रजातियों से प्रजातियों या कोशिका प्रकार से कोशिका प्रकार में भिन्न हो सकती है, बल्कि कोशिका के विकास की उम्र और चरण के आधार पर एकल कोशिका के भीतर भी भिन्न हो सकती है। उदाहरण के लिए, युवा कोशिकाओं के क्लोरोप्लास्ट्स में सीपीडीएनए सामग्री, विकास के प्रारंभिक चरणों के दौरान जहां क्लोरोप्लास्ट अस्पष्ट प्रोप्लास्टिड्स के रूप में होते हैं, उस कोशिका के परिपक्व होने और विस्तार करने की तुलना में बहुत अधिक होते हैं, जिसमें पूरी तरह से परिपक्व प्लास्टिड होते हैं।[32]


परिपत्र

Main article: Extrachromosomal circular DNA

एक्स्ट्राक्रोमोसोमल सर्कुलर डीएनए (eccDNA) सभी यूकेरियोटिक कोशिकाओं में मौजूद होते हैं, आमतौर पर 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 मिलकर बने होते हैं। EccDNA का आकार 2000 से कम आधार जोड़े से लेकर 20,000 से अधिक आधार जोड़े तक भिन्न हो सकता है।[33] पौधों में, eccDNA में दोहराए गए अनुक्रम होते हैं जो गुणसूत्रों के गुणसूत्रबिंदु क्षेत्रों में पाए जाते हैं और दोहराए जाने वाले उपग्रह डीएनए में पाए जाते हैं।[34] जानवरों में, eccDNA अणुओं में दोहराए जाने वाले अनुक्रम दिखाए गए हैं जो उपग्रह डीएनए, 5S राइबोसोमल डीएनए और टेलोमेयर डीएनए में देखे जाते हैं।[33] कुछ जीव, जैसे खमीर, ईसीसीडीएनए का उत्पादन करने के लिए क्रोमोसोमल डीएनए प्रतिकृति पर भरोसा करते हैं[34] जबकि eccDNA का गठन अन्य जीवों में हो सकता है, जैसे कि स्तनधारी, प्रतिकृति प्रक्रिया से स्वतंत्र रूप से।[35] EccDNA के कार्य का व्यापक 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 जोड़ता है और जीनोम स्थिरता, सेल उम्र बढ़ने और गुणसूत्रों के विकास को प्रभावित कर सकता है।[36] एक अलग प्रकार का एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए, जिसे ईसीडीएनए के रूप में जाना जाता है, आमतौर पर मानव कैंसर कोशिकाओं में देखा जाता है।[2][3][4]कैंसर कोशिकाओं में पाए जाने वाले ईसीडीएनए में एक या अधिक जीन होते हैं जो एक चयनात्मक लाभ प्रदान करते हैं। ईसीडीएनए ईसीसीडीएनए से काफी बड़ा है, और प्रकाश माइक्रोस्कोपी द्वारा देखा जा सकता है। कैंसर में ईसीडीएनए आमतौर पर 1-3 एमबी और उससे अधिक के आकार में होता है।[2]मानव कैंसर कोशिकाओं के नाभिक में बड़े ईसीडीएनए अणु पाए गए हैं और चालक ओंकोजीन की कई प्रतियों को ले जाने के लिए दिखाया गया है, जो ट्यूमर कोशिकाओं में लिखित हैं। इस साक्ष्य के आधार पर यह माना जाता है कि ईसीडीएनए कैंसर के विकास में योगदान देता है।

विशिष्ट उपकरण मौजूद हैं जो ईसीडीएनए की पहचान करने की अनुमति देते हैं, जैसे कि

  • पॉल मिशेल और विनीत बाफना द्वारा विकसित सॉफ्टवेयर जो ईसीडीएनए को सूक्ष्म छवियों में पहचानने की अनुमति देता है
  • Circle-Seq, कोपेनहेगन विश्वविद्यालय में Birgitte Regenberg और उनकी टीम द्वारा विकसित, कोशिकाओं से ecDNA को शारीरिक रूप से अलग करने, एंजाइमों के साथ किसी भी शेष रैखिक डीएनए को हटाने, और बचे हुए वृत्ताकार DNA को अनुक्रमणित करने की एक विधि।[37]


वायरल

वायरल डीएनए एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए का एक 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 सेल के जीनोम में शामिल करते हैं।[39] वायरल जीनोम एकल फंसे डीएनए (ssDNA ए), डबल फंसे डीएनए (dsDNA ) से बना हो सकता है और दोनों रैखिक और परिपत्र रूप में पाया जा सकता है।[40] एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के रूप में बनने वाले वायरस के संक्रमण का एक उदाहरण मानव पेपिलोमावायरस (एचपीवी) है। एचपीवी डीएनए जीनोम प्रतिकृति के तीन अलग-अलग चरणों से गुजरता है: स्थापना, रखरखाव और प्रवर्धन। एचपीवी एंड्रोजेनिक पथ और मौखिक गुहा में उपकला कोशिकाओं को संक्रमित करता है। आम तौर पर, एचपीवी का पता लगाया जाता है और प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा साफ किया जाता है। वायरल डीएनए की पहचान प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। इस वायरस के बने रहने के लिए, कोशिका विभाजन के दौरान वृत्ताकार जीनोम को दोहराया जाना चाहिए और विरासत में मिला होना चाहिए।[41]


मेजबान सेल द्वारा मान्यता

कोशिकाएं विदेशी साइटोप्लाज्मिक डीएनए को पहचान सकती हैं। मान्यता मार्गों को समझने से बीमारियों की रोकथाम और उपचार की दिशा में 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 पाथवे के रूप में पहचाना गया था, जो कुछ प्रकार की कोशिकाओं को विभिन्न प्रकार के बैक्टीरिया या वायरल जीनोम और PAMPS (रोगज़नक़ से जुड़े आणविक पैटर्न) का पता लगाने में सक्षम सेंसर के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है। PAMPs को जन्मजात प्रतिरक्षा प्रणाली सिग्नलिंग के शक्तिशाली सक्रियकर्ता के रूप में जाना जाता है। लगभग 10 मानव टल के समान अधिग्राही ्स (TLRs) हैं। मानव में अलग-अलग टीएलआर अलग-अलग पीएएमपी का पता लगाते हैं: टीएलआर4 द्वारा lipopolysaccharide, टीएलआर3 द्वारा वायरल dsRNA, टीएलआर7/टीएलआर8 द्वारा वायरल एसएसआरएनए, टीएलआर9 द्वारा वायरल या बैक्टीरियल अनमेथिलेटेड डीएनए। टीएलआर9 आमतौर पर बैक्टीरिया और वायरस में पाए जाने वाले सीपीजी साइट डीएनए का पता लगाने और IFN (टाइप I इंटरफेरॉन) और अन्य साइटोकिन्स का उत्पादन शुरू करने के लिए विकसित हुआ है।[43]


विरासत

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

एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए की विरासत गुणसूत्रों में पाए जाने वाले परमाणु डीएनए की विरासत से भिन्न होती है। गुणसूत्रों के विपरीत, ecDNA में सेंट्रोमीटर नहीं होते हैं और इसलिए एक गैर-मेंडेलियन वंशानुक्रम पैटर्न प्रदर्शित करता है जो विषम कोशिका आबादी को जन्म देता है। मनुष्यों में, वस्तुतः सभी साइटोप्लाज्म मां के अंडे से विरासत में मिलते हैं।[44] इस कारण से, एमटीडीएनए समेत ऑर्गेनेल डीएनए मां से विरासत में मिला है। एमटीडीएनए या अन्य साइटोप्लाज्मिक डीएनए में उत्परिवर्तन भी मां से विरासत में मिलेगा। यह एकपक्षीय वंशानुक्रम गैर-मेंडेलियन वंशानुक्रम का एक उदाहरण है। पौधे एकपक्षीय एमटीडीएनए विरासत भी दिखाते हैं। अधिकांश पौधे एमटीडीएनए को विरासत में प्राप्त करते हैं, एक विख्यात अपवाद रेडवुड सिकोइया सेपरविरेंस है जो एमटीडीएनए को पैतृक रूप से विरासत में मिला है।[45]

दो सिद्धांत हैं कि पैतृक एमटीडीएनए शायद ही कभी संतानों को प्रेषित किया जाता है। एक तथ्य यह है कि पैतृक mtDNA मातृ mtDNA की तुलना में इतनी कम सांद्रता पर है और इस प्रकार यह संतानों में पता लगाने योग्य नहीं है। एक दूसरा, अधिक जटिल सिद्धांत, विरासत को रोकने के लिए पैतृक एमटीडीएनए के पाचन को शामिल करता है। यह माना जाता है कि mtDNA की एकतरफा विरासत, जिसकी उच्च उत्परिवर्तन दर है, साइटोप्लास्मिक डीएनए के समरूपता को बनाए रखने के लिए एक तंत्र हो सकता है।[45]


नैदानिक ​​महत्व

कभी-कभी ईई कहा जाता है, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल तत्व, यूकेरियोट्स में जीनोमिक अस्थिरता से जुड़े होते हैं। छोटे पॉलीडिस्पर्स्ड डीएनए (एसपीसीडीएनए), एक प्रकार का ईसीसीडीएनए, आमतौर पर जीनोम अस्थिरता के संयोजन में पाए जाते हैं। SpcDNAs उपग्रह डीएनए, रेट्रोवायरस-जैसे डीएनए तत्वों और जीनोम में ट्रांसपोजेबल तत्वों जैसे दोहराव वाले अनुक्रमों से प्राप्त होते हैं। उन्हें जीन पुनर्व्यवस्था के उत्पाद माना जाता है।

कैंसर में पाए जाने वाले एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए (ईसीडीएनए) को ऐतिहासिक रूप से डबल मिनट क्रोमोसोम (डीएम) कहा जाता है, जो हल्की माइक्रोस्कोपी के तहत युग्मित क्रोमेटिन निकायों के रूप में मौजूद होते हैं। डबल मिनट क्रोमोसोम एकल निकायों सहित ईसीडीएनए के कैंसर युक्त स्पेक्ट्रम के ~ 30% का प्रतिनिधित्व करते हैं और एकल निकायों के रूप में समान जीन सामग्री शामिल पाए गए हैं।[3]ईसीडीएनए संकेतन कैंसर कोशिकाओं में पाए जाने वाले बड़े, ओंकोजीन युक्त, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के सभी रूपों को शामिल करता है। इस प्रकार का ईसीडीएनए आमतौर पर विभिन्न हिस्टोलोजी के कैंसर कोशिकाओं में देखा जाता है, लेकिन वास्तव में कभी भी सामान्य कोशिकाओं में नहीं होता है।[3]माना जाता है कि ईसीडीएनए गुणसूत्रों में डबल स्ट्रैंड टूटना के माध्यम से या जीव में डीएनए की अति-प्रतिकृति के माध्यम से उत्पन्न होता है। अध्ययनों से पता चलता है कि कैंसर और अन्य जीनोमिक अस्थिरता के मामलों में, ईई के उच्च स्तर देखे जा सकते हैं।[5]

माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए विभिन्न तरीकों से रोग की शुरुआत में भूमिका निभा सकता है। एमटीडीएनए के बिंदु उत्परिवर्तन या वैकल्पिक जीन व्यवस्था को कई बीमारियों से जोड़ा गया है जो हृदय, केंद्रीय तंत्रिका तंत्र, अंतःस्रावी तंत्र, जठरांत्र संबंधी मार्ग, आंख और गुर्दे को प्रभावित करते हैं।[21] माइटोकॉन्ड्रिया में मौजूद एमटीडीएनए की मात्रा के नुकसान से माइटोकॉन्ड्रियल कमी सिंड्रोम (एमडीडी) के रूप में जाने जाने वाले रोगों का एक पूरा उपसमूह हो सकता है जो यकृत, केंद्रीय और परिधीय तंत्रिका तंत्र प्रणाली, चिकनी मांसपेशियों और मनुष्यों में सुनवाई को प्रभावित करता है।[22] मिश्रित, और कभी-कभी परस्पर विरोधी, अध्ययन के परिणाम हैं जो mtDNA प्रतिलिपि संख्या को कुछ कैंसर के विकास के जोखिम से जोड़ने का प्रयास करते हैं। अध्ययन आयोजित किए गए हैं जो एमटीडीएनए स्तरों में वृद्धि और कमी दोनों के बीच संबंध दिखाते हैं और स्तन कैंसर के विकास के जोखिम में वृद्धि करते हैं। बढ़े हुए एमटीडीएनए स्तरों और गुर्दे का ट्यूमर के विकास के बढ़ते जोखिम के बीच एक सकारात्मक संबंध देखा गया है लेकिन एमटीडीएनए स्तरों और पेट के कैंसर के विकास के बीच कोई संबंध प्रतीत नहीं होता है।[46] एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए एपिकॉमप्लेक्सा में पाया जाता है, जो प्रोटोजोआ का एक समूह है। मलेरिया परजीवी (जीनस प्लाज्मोडियम), एड्स से संबंधित रोगज़नक़ (टैक्सोप्लाज्मा और Cryptosporidium ) दोनों एपिकॉम्प्लेक्स समूह के सदस्य हैं। माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए (mtDNA) मलेरिया परजीवी में पाया गया।[47] मलेरिया परजीवियों में एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए के दो रूप पाए जाते हैं। इनमें से एक 6-kb लीनियर DNA है और दूसरा 35-kb सर्कुलर DNA है। इन डीएनए अणुओं पर एंटीबायोटिक दवाओं के लिए संभावित न्यूक्लियोटाइड लक्ष्य स्थलों के रूप में शोध किया गया है।[48]


कैंसर में ईसीडीएनए की भूमिका

जीन प्रवर्धन ऑन्कोजीन सक्रियण के सबसे सामान्य तंत्रों में से एक है। कैंसर में जीन प्रवर्धन अक्सर एक्स्ट्राक्रोमोसोमल, सर्कुलर तत्वों पर होता है।[49][4]कैंसर में ईसीडीएनए के प्राथमिक कार्यों में से एक ट्यूमर को तेजी से उच्च प्रतिलिपि-संख्या भिन्नता तक पहुंचने में सक्षम बनाना है, जबकि तेजी से, बड़े पैमाने पर सेल-टू-सेल आनुवंशिक विषमता को बढ़ावा देना भी है।[3][8] कैंसर में सबसे अधिक प्रवर्धित ओंकोजीन ईसीडीएनए पर पाए जाते हैं और अत्यधिक गतिशील, गैर-देशी गुणसूत्रों में सजातीय धुंधला क्षेत्रों (एचएसआर) के रूप में पुन: एकीकृत होते हुए दिखाए गए हैं।[50][3]और विभिन्न दवा उपचारों के जवाब में प्रतिलिपि संख्या और संरचना को बदलना।[51][7][52] ईसीडीएनए बड़ी संख्या में अधिक उन्नत और सबसे गंभीर कैंसर के साथ-साथ कैंसर विरोधी दवाओं के प्रतिरोध के लिए जिम्मेदार है।[53] ईसीडीएनए का गोलाकार आकार क्रोमोसोमल डीएनए की रैखिक संरचना से सार्थक तरीके से भिन्न होता है जो कैंसर रोगजनन को प्रभावित करता है।[54] ईसीडीएनए पर एन्कोड किए गए ओंकोजीन में बड़े पैमाने पर ट्रांसक्रिप्शनल आउटपुट होता है, जो पूरे transcriptome में शीर्ष 1% जीनों में रैंकिंग करता है। बैक्टीरियल प्लास्मिड या माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए के विपरीत, ईसीडीएनए को क्रोमैटिनाइज़ किया जाता है, जिसमें उच्च स्तर के सक्रिय हिस्टोन के निशान होते हैं, लेकिन दमनकारी हिस्टोन के निशान की कमी होती है। ईसीडीएनए क्रोमैटिन आर्किटेक्चर में क्रोमोसोमल डीएनए पर मौजूद उच्च-क्रम संघनन का अभाव है और पूरे कैंसर जीनोम में सबसे सुलभ डीएनए में से एक है।

EcDNAs को नाभिक के भीतर एक साथ जोड़ा जा सकता है, जिसे ecDNA हब कहा जा सकता है।[55] विशेष रूप से, ecDNA हब ऑन्कोजीन ओवरएक्प्रेशन को बढ़ावा देने के लिए इंटरमॉलिक्युलर एन्हांसर-जीन इंटरैक्शन का कारण बन सकता है।

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अग्रिम पठन

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