Genome-Wide Study and Functional Analysis of The Histone Methyltransferase kmt2 (mll) Gene Family and in silico Identification of miRNAs Modulating its Epigenetic Regulatory Mechanisms in Zebrafish

एक बड़ी तस्वीर: जेब्राफिश लाइब्रेरी

कल्पना कीजिए कि जेब्राफिश (Danio rerio) एक छोटा, पारदर्शी एक्वेरियम मॉडल है जिसका उपयोग वैज्ञानिक यह समझने के लिए करते हैं कि जीवन कैसे काम करता है। यह एक "मिनी-ह्यूमन" की तरह है क्योंकि इसके शरीर के अंग और जीन हमारे शरीर के बहुत समान तरीके से काम करते हैं।

यह शोध पत्र जेब्राफिश की "निर्देश पुस्तिका" (इसके जीनोम) के एक विशिष्ट खंड की एक विशाल इन्वेंट्री चेक (सूची जांच) है। शोधकर्ता kmt2 (जिसे mll भी कहा जाता है) नामक जीनों के एक परिवार की जांच कर रहे हैं।

ये जीन क्या करते हैं?
एक कोशिका में डीएनए को एक विशाल, धूल भरी लाइब्रेरी के रूप में सोचें। klt2 जीन वे लाइब्रेरियन हैं जो किताबों पर स्टिकी नोट्स लगाते हैं। विशेष रूप से, वे कुछ पृष्ठों पर एक "रीड मी" (मुझे पढ़ें) का स्टिकर (एक रासायनिक निशान जिसे मिथाइलेशन कहा जाता है) लगाते हैं। जब वह स्टिकर वहां होता है, तो कोशिका को पता चल जाता है कि उस किताब को खोलना है और उसके अंदर के निर्देशों को पढ़ना है। इन लाइब्रेरियन के बिना, कोशिका को यह नहीं पता चलेगा कि किन जीनों को चालू या बंद करना है, और मछली का विकास सही ढंग से नहीं हो पाएगा।

मिशन: लाइब्रेरियनों का मानचित्रण (मैपिंग)

वैज्ञानिक तीन मुख्य प्रश्नों के उत्तर जानना चाहते थे:

1. वे कौन हैं? जेब्राफिश में इन लाइब्रेरियन जीनों में से कितने मौजूद हैं?
2. वे कहाँ रहते हैं? वे मछली के जीनोम की किस "सड़क" (क्रोमोसोम) पर हैं?
3. उन पर नियंत्रण किसका है? क्या छोटे "संपादक" (जिन्हें miRNAs कहा जाता है) हैं जो इन लाइब्रेरियनों को ब्रेक लेने या अधिक मेहनत करने के लिए कह सकते हैं?

जांच: उन्होंने इसे कैसे किया

शोधकर्ताओं ने मछलियों को जाल से नहीं पकड़ा; उन्होंने कंप्यूटर का उपयोग किया (एक विधि जिसे in silico विश्लेषण कहा जाता है) ताकि जेब्राफिश के पूरे डिजिटल जीनोम को स्कैन किया जा सके।

1. पारिवारिक चित्र (संरचना और स्थान)
उन्होंने पाया कि kmt2 परिवार केवल एक जीन नहीं है; यह अलग-अलग सदस्यों का एक पूरा कबीला है (जैसे kmt2a, kmt2b, kmt2c, आदि)।

• घर का लेआउट: उन्होंने देखा कि ये जीन कैसे बने हैं, उनके "कमरों" (एक्सॉन्स) और "गलियारों" (इंट्रॉन्स) की गिनती की। कुछ बहुत बड़े हैं, कुछ छोटे हैं, और वे अलग-अलग क्रोमोसोम पर बिखरे हुए हैं, जैसे परिवार के सदस्य अलग-अलग मोहल्लों में रहते हैं।
• उपकरण: उन्होंने उन विशिष्ट उपकरणों (मोटिफ्स) का विश्लेषण किया जिन्हें ये प्रोटीन ले जाते हैं। यह जांचने जैसा है कि क्या सभी लाइब्रेरियन के पास एक ही प्रकार की स्टैम्पिंग मशीन है। उन्होंने पाया कि हालांकि परिवार के सदस्य अलग दिखते हैं, लेकिन उन सभी के पास अपना काम करने के लिए एक ही आवश्यक उपकरण है।

2. विकासवादी इतिहास (पारिवारिक वृक्ष)
शोधकर्ताओं ने एक फैमिली ट्री बनाया ताकि यह देखा जा सके कि ये जीन एक-दूसरे से कैसे संबंधित हैं।

• परिणाम: उन्होंने पाया कि ये जीन लंबे समय से मौजूद हैं और बहुत धीरे-धीरे बदले हैं।
• "प्यूरीफाइंग सिलेक्शन" (शुद्धिकरण चयन) की अवधारणा: पेपर में Ka/Ks नामक एक गणना का उल्लेख है। सरल शब्दों में, यह जांचता है कि क्या जीन बहुत अधिक बदल रहे हैं। परिणाम यह था कि ये जीन "प्यूरीफाइंग सिलेक्शन" के अधीन हैं।
  • सादृश्य (एनालॉजी): कल्पना कीजिए कि एक परफेक्ट केक की रेसिपी है। यदि आप सामग्री को बहुत अधिक बदलते हैं, तो केक खराब हो जाएगा। जेब्राफिश इन रेसिपी के साथ इतनी सावधानी बरतती है कि वह उन्हें बदलने से इनकार करती है। यदि कोई म्यूटेशन होता है, तो उसे आमतौर पर हटा दिया जाता है क्योंकि वह जीन मछली के जीवित रहने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

3. "संपादक" (माइक्रो-आरएनए)
यह अध्ययन का सबसे अनूकठा हिस्सा है। शोधकर्ताओं ने miRNAs की तलाश की।

• सादृश्य: यदि kmt2 जीन लाइब्रेरियन हैं, तो miRNAs वे बॉस या नॉइज़-कैंसलिंग हेडफ़ोन हैं जो लाइब्रेरियन को काम रोकने के लिए कह सकते हैं।
• अध्ययन ने TargetScan नामक एक कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग किया ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि कौन से miRNAs kmt2 जीनों पर "लॉक" कर सकते हैं।
• उन्होंने पाया कि kmt2 जीनों के विभिन्न संस्करणों (जिन्हें आइसोफॉर्म कहा जाता है) के दरवाजों पर अलग-अलग "लॉक" होते हैं। इसका मतलब है कि बॉस (miRNAs) बहुत विशिष्ट हो सकते हैं। वे मछली के मस्तिष्क में एक संस्करण को काम रोकने के लिए कह सकते हैं, लेकिन मछली की पूंछ वाले संस्करण को अकेला छोड़ सकते हैं।

मुख्य निष्कर्ष

• विविधता: kmt2 परिवार विविध है। कुछ प्रोटीन विशाल (जैसे 545,000 डल्टन का दिग्गज) होते हैं, जबकि अन्य छोटे होते हैं। वे सभी "अस्थिर" (unstable) हैं (जिसका अर्थ है कि वे टेस्ट ट्यूब में आसानी से टूट जाते हैं), जो यह सुझाव देता है कि उन्हें जल्दी से उपयोग करने और फिर बदलने के लिए बनाया गया है, जैसे कि एक अस्थायी निर्माण दल।
• संरक्षण (कंजर्वेशन): आकार में अंतर के बावजूद, उन सभी के पास अपना काम करने के लिए आवश्यक समान मूल "उपकरण" (मोटिफ्स) हैं।
• विनियमन (रेगुलेशन): इन जीनों को नियंत्रित करने के लिए miRNAs का एक जटिल नेटवर्क तैयार है। उदाहरण के लिए, पेपर में विशिष्ट miRNAs (जैसे dre-miR-27e या dre-miR-181) सूचीबद्ध हैं जो इन जीनों को लक्षित करने की भविष्यवाणी करते हैं। यह सुझाव देता है कि मछली के पास यह सूक्ष्म रूप से नियंत्रित करने के लिए एक परिष्कृत प्रणाली है कि किसी भी समय डीएनए पर कितना "स्टिकर" (मिथाइलेशन) लगाया जाए।

निष्कर्ष

पेपर यह निष्कर्ष निकालता है कि जेब्राफिश के पास अपने एपिजेनेटिक "स्टिकर्स" को प्रबंधित करने के लिए एक जटिल, सुव्यवस्थित प्रणाली है। kmt2 जीन कार्यकर्ता हैं, और उन्हें miRNA बॉस की एक टीम द्वारा कड़ाई से नियंत्रित किया जाता है।

यह मानचित्रण करके कि ये जीन कहाँ रहते हैं, वे कैसे दिखते हैं, और कौन उन्हें नियंत्रित करता है, शोधकर्ताओं ने एक "रोडमैप" तैयार किया है। यह रोडमैप अन्य वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करता है कि जेब्राफिश कैसे विकसित होती है, और चूंकि जेब्राफिश हमारे जैसे ही हैं, इसलिए यह हमें यह समझने में मदद करता है कि हमारा अपना शरीर अपने आनुवंशिक निर्देशों को कैसे प्रबंधित करता है।

महत्वपूर्ण नोट: पेपर पूरी तरह से इस कंप्यूटर-आधारित मैपिंग और भविष्यवाणी पर केंद्रित है। यह दावा नहीं करता है कि इसने किसी बीमारी को ठीक कर दिया है, किसी दवा का परीक्षण किया है, या अभी तक इसे कृषि में लागू किया है; यह केवल भविष्य के वैज्ञानिकों के उपयोग के लिए एक आधारभूत मानचित्र और संभावित नियामकों की सूची प्रदान करता है।