DNA re-replication
डी. एन. ए. पुनः प्रतिकृति (या बस पुनः प्रतिकृति) यूकेरियोटिक कोशिकाओं में एक अवांछनीय और संभवतः घातक घटना है जिसमें जीनोम को प्रति कोशिका चक्र में एक से अधिक बार दोहराया जाता है। ऐसा माना जाता है कि पुनः प्रतिकृति से जीनोमिक अस्थिरता पैदा होती है और इसे विभिन्न प्रकार के मानव कैंसर के रोगों में शामिल किया गया है। पुनः प्रतिकृति को रोकने के लिए, यूकेरियोटिक कोशिकाओं ने गुणसूत्र डीएनए को किसी दिए गए कोशिका चक्र में आंशिक रूप से या पूरी तरह से पुनः प्रतिकृति होने से रोकने के लिए कई, अतिव्यापी तंत्र विकसित किए हैं। ये नियंत्रण तंत्र साइक्लिन-निर्भर काइनेज (सी. डी. के.) गतिविधि पर निर्भर करते हैं। डी. एन. ए. प्रतिकृति नियंत्रण तंत्र प्रतिकृति उत्पत्ति के पुनः अनुज्ञप्ति को रोकने और कोशिका चक्र और डी. एन. ए. क्षति चौकियों को सक्रिय करने के लिए सहयोग करते हैं। डी. एन. ए. पुनः प्रतिकृति को सख्ती से विनियमित किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि जीनोमिक जानकारी लगातार पीढ़ियों के माध्यम से ईमानदारी से प्रेषित की जाती है। डीएनए की प्रतिकृति की शुरुआत हमेशा प्रतिकृति की उत्पत्ति से होती है। खमीर में, उत्पत्ति में स्वायत्त रूप से प्रतिकृति अनुक्रम (ए. आर. एस.) होते हैं, जो एक दूसरे से लगभग 30 के. बी. गुणसूत्र में वितरित होते हैं। वे जहाँ भी रखे जाते हैं वहाँ डी. एन. ए. की प्रतिकृति की अनुमति देते हैं। प्रत्येक 100-200 bp लंबा है, और ए तत्व सबसे संरक्षित हिस्सों में से एक है। अन्य संरक्षित बी तत्वों के साथ, वे उस खंड का निर्माण करते हैं जहाँ ओआरसी प्रतिकृति शुरू करने के लिए इकट्ठा होते हैं। इन अनुक्रमों की पुनरावृत्ति मूल पहचान के लिए सबसे महत्वपूर्ण हो सकती है। पशु कोशिकाओं में, प्रतिकृति की उत्पत्ति यादृच्छिक रूप से पूरे गुणसूत्र में रखी गई प्रतीत हो सकती है, कभी-कभी ए. आर. एस. के रूप में भी कार्य करती है, लेकिन स्थानीय क्रोमैटिन संरचना यह निर्धारित करने में एक बड़ी भूमिका निभाती है कि प्रतिकृति कहाँ होगी। प्रतिकृति की उत्पत्ति पूरे गुणसूत्र में समान रूप से वितरित नहीं होती है। प्रतिकृति समूह, जिसमें प्रति समूह 20-80 मूल होता है, S चरण के दौरान एक ही समय में सक्रिय होते हैं। हालाँकि वे सभी एस चरण के दौरान सक्रिय होते हैं, हेटेरोक्रोमैटिन को एस चरण के अंत में दोहराया जाता है, क्योंकि उन्हें यूक्रोमैटिन की तुलना में प्राप्त करना अधिक कठिन होता है। एपिजेनेटिक कारकों का इस बात पर भी बड़ा प्रभाव पड़ता है कि क्या दोहराया जाता है और कब दोहराया जाता है। यूकेरियोटिक जीवों में डी. एन. ए. के पुनः प्रतिकृति को रोकने वाले सभी ज्ञात तंत्र मूल अनुज्ञप्ति को रोकते हैं। मूल अनुज्ञप्ति जी1 के अंत और एस चरण की शुरुआत के दौरान सामान्य प्रतिकृति की शुरुआत के लिए प्रारंभिक कदम है और इसमें प्रतिकृति की उत्पत्ति के लिए पूर्व-प्रतिकृति परिसर (पूर्व-आर. सी.) की भर्ती शामिल है। अनुज्ञप्ति बहु-उप-इकाई ए. टी. पी. एस., मूल पहचान परिसर (ओ. आर. सी.), के प्रतिकृति उत्पत्ति पर डी. एन. ए. से जुड़ने के साथ शुरू होती है। एक बार क्रोमैटिन से बंधे होने के बाद ओ. आर. सी. ए. ए. + ए. टी. पी. एस. सी. डी. सी. 6 और कॉइल्ड-कॉइल डोमेन प्रोटीन सी. डी. टी. 1 की भर्ती करता है। सी. डी. टी. 1 बाइंडिंग और ओ. आर. सी. और सी. डी. सी. 6 की ए. टी. पीज़ गतिविधि क्रोमैटिन पर मिनीक्रोमोसोम रखरखाव (एम. सी. एम.) प्रोटीन 2-7 को लोड करने की सुविधा प्रदान करती है। एमसीएम कॉम्प्लेक्स डी. एन. ए. हेलिकेस है जो प्रतिकृति मूल पर हेलिक्स को खोलता है और दो तारों को खोलता है क्योंकि प्रतिकृति कांटे डी. एन. ए. के साथ यात्रा करते हैं। जी1 के अंत में बढ़ी हुई सी. डी. के. गतिविधि मूल के उद्गम और पूर्व-आर. सी. के विघटन को प्रेरित करती है। उच्च सी. डी. के. स्तर, जो माइटोसिस के अंत तक बनाए रखे जाते हैं, पूर्व-आर. सी. घटकों को रोकते हैं या नष्ट करते हैं और मूल को पुनः अनुज्ञप्ति से रोकते हैं। जब तक माइटोसिस के अंत में सीडीके गतिविधि में गिरावट के साथ पूर्व-आरसी उप-इकाइयों को फिर से सक्रिय नहीं किया जाता है, तब तक एक नए एमसीएम परिसर को मूल पर लोड नहीं किया जा सकता है। इस प्रकार, सी. डी. के. यूकेरियोटिक डी. एन. ए. प्रतिकृति के विनियमन में दोहरी भूमिका निभाते हैंः उन्नत सी. डी. के. गतिविधि मूल में प्रतिकृति की शुरुआत करती है और मूल पुनः-अनुज्ञप्ति को रोककर पुनः प्रतिकृति को रोकती है। यह सुनिश्चित करता है कि एक ही कोशिका चक्र में कोई भी प्रतिकृति मूल दो बार नहीं चलती है। डी. एन. ए. प्रतिकृति विनियमन के लिए दो-अवस्था मॉडल डी. एन. ए. प्रतिकृति के विनियमन पर प्रारंभिक प्रयोगात्मक साक्ष्य से पता चलता है कि प्रतिकृति की उत्पत्ति कोशिका चक्र के दौरान दो अवस्थाओं में से एक में मौजूद हैः जी1 में एक पूर्व-प्रतिकृति अवस्था और दीक्षा के क्षण से माइटोसिस के माध्यम से पारित होने तक एक उत्तर-प्रतिकृति अवस्था। कोशिका चक्र के दौरान इन दो अलग-अलग अवस्थाओं के बीच प्रतिकृति की उत्पत्ति वैकल्पिक होती है। एक अनुज्ञप्ति कारक जो प्रतिकृति की शुरुआत के लिए आवश्यक है, पूर्व-प्रतिकृति अवस्था में उत्पत्ति से जुड़ा होता है। जी1/एस संक्रमण में, कारक निष्क्रिय हो जाता है और जब तक कोशिका चक्र समाप्त नहीं हो जाता, तब तक इसे बहाल नहीं किया जा सकता है। अनुज्ञप्ति कारक के रूप में ओ. आर. सी., सी. डी. सी. 6, सी. डी. टी. 1, और एम. सी. एम. जटिल प्रोटीनों की पहचान और लक्षण वर्णन इस मॉडल को विश्वास दिलाता है और एक ऐसे साधन का सुझाव देता है जिसके द्वारा कोशिका चक्र में सी. डी. के. की दोलनकारी प्रकृति पुनः प्रतिकृति को नियंत्रित कर सकती है। रेप्लिकेशन रेगुलेशन बडिंग यीस्ट रीरिप्लिकेशन रेगुलेशन को बडिंग यीस्ट में सबसे अच्छी तरह से समझा जाता है। सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया कोशिकाएं पूर्व-आर. सी. घटकों सी. डी. सी. 6, एम. सी. एम. 2-7 और ओ. आर. सी. उप-इकाइयों के सी. डी. के.-मध्यस्थ फॉस्फोराइलेशन के माध्यम से पूर्व-आर. सी. संयोजन को सीधे विनियमित करके पुनः प्रतिकृति को रोकती हैं। इन घटकों का फॉस्फोराइलेशन एस चरण की शुरुआत में शुरू किया जाता है और शेष कोशिका चक्र में बनाए रखा जाता है क्योंकि सीडीके गतिविधि अधिक रहती है। फॉस्फोराइलेटेड सी. डी. सी. 6 यूबीक्विटिन-प्रोटीन लाइगेज एस. सी. एफ. से बंधा होता है जो इसके प्रोटीयोलिटिक क्षरण की ओर ले जाता है। एमसीएम2-7 प्रोटीन के सीडीके-निर्भर फॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप नाभिक से परिसर का निर्यात होता है। (सी. डी. टी. 1 जो एम. सी. एम. परिसर के साथ जुड़ता है, इसी तरह नाभिक से निर्यात किया जाता है)। ओ. आर. सी. उप-इकाइयों का फॉस्फोराइलेशन संभवतः अन्य पूर्व-आर. सी. घटकों को बांधने की ओ. आर. सी. की क्षमता को बाधित करता है। इस प्रकार, कई तंत्र यह सुनिश्चित करते हैं कि पूर्व-आर. सी. को प्रतिकृति के बाद की उत्पत्ति पर फिर से इकट्ठा नहीं किया जा सकता है। नोटः चूंकि एस चरण के दौरान उत्पत्ति अलग-अलग समय पर होती है, इसलिए यह महत्वपूर्ण है कि नए एमसीएम2-7 भर्ती को रोकने वाले अवरोधक तंत्र मौजूदा पूर्व-आरसी को अस्थिर न करें। पूर्व-आर. सी. उन उत्पत्ति पर इकट्ठे रह सकते हैं जिन्होंने गोलीबारी नहीं की है, भले ही पुनः प्रतिकृति अवरोधक तंत्र पूर्व-आर. सी. घटकों को रोक रहे हों या नष्ट कर रहे हों। यद्यपि पूर्व-आर. सी. संयोजन का सी. डी. के. विनियमन अत्यधिक विकासवादी रूप से संरक्षित प्रतीत होता है, जीवों में कुछ अंतर देखे गए हैं। बहुकोशिकीय यूकेरियोट्स में प्री-आर. सी. असेंबली को सी. डी. के. के अलावा एनाफ़ेज़-प्रमोटिंग कॉम्प्लेक्स (ए. पी. सी.) द्वारा नियंत्रित किया जाता है। एपीसी, एक ई3 एंजाइम, प्रोटीन जेमिनिन को सर्वव्यापी करता है और इसे क्षरण के लिए लक्षित करता है। जेमिनिन आम तौर पर सीडीटी1 को बांधकर और रोककर मूल लाइसेंस को रोकता है। जी1 में, एपीसी गतिविधि जेमिनिन के संचय को दबाने के लिए पर्याप्त है, जिससे अप्रत्यक्ष रूप से पूर्व-आरसी असेंबली को बढ़ावा मिलता है। जी1 के अंत में, एपीसी निष्क्रिय हो जाता है और जेमिनिन जमा हो सकता है और मूल को फिर से लाइसेंस देने से रोक सकता है। सी. डी. टी. 1 को आमतौर पर ई. 2. एफ.-मध्यस्थ प्रतिलेखन सक्रियण और मानव एसिटिलेस को ओ. आर. सी. 1 से बांधकर विनियमित किया जाता है। सी. डी. टी. 1 का प्रोटियोलिटिक क्षरण विभिन्न उच्च क्रम के यूकेरियोट्स में भी एक संरक्षित तंत्र है। सी. डी. टी. 1 को सी. एल. 4-डी. डी. बी. 1-सी. डी. टी. 2 ई. 3 यूबीक्विटिन लाइगेज कॉम्प्लेक्स के माध्यम से अवक्रमित किया जाता है ताकि एस और जी2 में डी. एन. ए. लाइसेंस नियंत्रण बनाए रखा जा सके। सी. डी. टी. 1. एक महत्वपूर्ण नियामक प्रोटीन है, और विकास ने विभिन्न जीवों में विनियमन के विभिन्न मार्गों को जन्म दिया है। सी. डी. टी. 1 की अत्यधिक अभिव्यक्ति या जेमिनिन के सक्रिय होने से पुनः प्रतिकृति हो सकती है, क्योंकि अवक्रमित सी. डी. टी. 1 पूर्व-आर. सी. संयोजन को प्रेरित करेगा। अधिकांश जानवरों में पूर्व-आर. सी. विनियमन अभी भी अच्छी तरह से समझा नहीं गया है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पुनः प्रतिकृति के परिणाम पुनः प्रतिकृति और माइटोटिक विफलता आम तौर पर क्रमादेशित घटनाएं नहीं हैं, बल्कि कोशिका चक्र मशीनरी में दोषों से अनायास परिणाम होती हैं। पुनः प्रतिकृति डी. एस. डी. एन. ए. टूटने को जन्म देती प्रतीत होती है जो डी. एन. ए. क्षति प्रतिक्रिया को ट्रिगर करती है और जी2 में कोशिकाओं को गिरफ्तार करती है। जाँच बिंदु प्रभावी रूप से एक स्थायी कोशिका चक्र गिरफ्तारी और अंततः एपोप्टोसिस का कारण बनता है। पुनः प्रतिकृति को प्रयोगात्मक रूप से कई तंत्रों को एक साथ बाधित करके प्रेरित किया जा सकता है जो मूल पुनः लाइसेंसिंग को रोकते हैं। उदाहरण के लिए, ओ. आर. सी., एम. सी. एम. 2-7 और सी. डी. सी. 6 तंत्र का विनियमन उभरते खमीर कोशिकाओं में पुनः प्रतिकृति को प्रेरित कर सकता है। नोटः हाल के साक्ष्य बताते हैं कि हालांकि अतिव्यापी, एकाधिक प्रतिकृति विनियमन तंत्र को कार्यात्मक रूप से अनावश्यक नहीं माना जाना चाहिए; हालाँकि एक एकल तंत्र 99 प्रतिशत से अधिक दक्षता पर पुनः प्रतिकृति को दबा सकता है, यह कई पीढ़ियों तक जीनोम स्थिरता बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है। इसके बजाय, यह माना जाता है कि कई अतिव्यापी तंत्रों का गुणक प्रभाव ही पुनः प्रतिकृति को पर्याप्त रूप से रोकता है और कोशिका के जीनोम के विश्वसनीय संचरण को सुनिश्चित करता है। पुनः प्रतिकृति को रोकना प्रतिकृति तनाव के साथ कोशिकाएं प्रतिकृति चौकियों को सक्रिय करती हैं ताकि एस चरण में देरी हो और जी2/एम चरण में संक्रमण धीमा हो जाए। जब यू-2-ओएस कोशिकाओं द्वारा प्रतिकृति तनाव को पहचाना जाता है, तो वाइल्ड-टाइप रेटिनोब्लास्टोमा (आरबी) और पी53 के साथ मानव ऑस्टियोसारकोमा कोशिका लाइनें, एटीएम/एटीआर-विनियमित डीएनए क्षति नेटवर्क सक्रिय हो जाता है। यह चेकप्वाइंट प्रतिक्रिया साइक्लिन ई की अत्यधिक अभिव्यक्ति के कारण सक्रिय होती है, जिसे लाइसेंस प्रणाली को विनियमित करने में महत्वपूर्ण दिखाया गया है। जब यू-2-ओएस सेल लाइनों में साइक्लिन ई को अत्यधिक अभिव्यक्त किया जाता है, तो एटीएम/एटीआर-विनियमित डीएनए क्षति नेटवर्क के परिणामस्वरूप सेर 15-फॉस्फोराइलेटेड पी53, γ-एच2एएक्स, और सेर 966-फॉस्फोराइलेटेड कोहेसिन एसएमसी1 में वृद्धि होती है। डी. एन. ए. पुनः प्रतिकृति प्रतिक्रिया ऑक्सीजन रेडिकल उत्पादन के कारण होने वाली क्षति से अलग होती है। ऑक्सीजन रेडिकल पीढ़ियों से होने वाले नुकसान से माइक ऑन्कोजीन से प्रतिक्रिया होती है, जो पी53 और एच2एएक्स को फॉस्फोरिलेट करता है। ए. टी. एम./ए. टी. आर. डी. एन. ए. क्षति नेटवर्क उन मामलों में भी प्रतिक्रिया देगा जहां सी. डी. टी. 1 की अति अभिव्यक्ति होती है। सी. डी. टी. 1 की अत्यधिक अभिव्यक्ति एस. एस. डी. एन. ए. और डी. एस. बी. के संचय की ओर ले जाती है। एटैक्सिया टेलान्जिएक्टेसिया और रेड3 संबंधित (एटीआर) पहले सक्रिय हो जाता है जब यह डीएनए पुनः प्रतिकृति के शुरुआती चरणों में एसएसडीएनए का पता लगाता है। ए. टी. आर. फॉस्फोराइलेट्स डाउनस्ट्रीम प्रतिकृति कारक, जैसे कि आर. पी. ए. 2 और एम. सी. एम. 2 या आर. बी. या पी. 53 के मॉड्यूलेशन के माध्यम से। डी. एन. ए. पुनः प्रतिकृति के बाद के चरणों में बड़ी मात्रा में डी. एस. बी. का पता चलने के बाद एटैक्सिया टेलान्जिएक्टेसिया उत्परिवर्तित (ए. टी. एम.) सक्रिय हो जाता है। जबकि ए. टी. एम. कोशिका चक्र गिरफ्तारी, एपोप्टोसिस और वृद्धावस्था में एक भूमिका निभाता है, डी. एस. बी. की मरम्मत में मध्यस्थता करने में भी इसकी भूमिका होने का संदेह है, लेकिन सटीक तंत्र अभी तक समझ में नहीं आया है। कैंसर में पुनः प्रतिकृति को मॉडल जीवों और मनुष्यों में ट्यूमरजेनेसिस में शामिल किया गया है। कई प्रकार के मानव कैंसर से ऊतक के नमूनों में प्रतिकृति दीक्षा प्रोटीन अत्यधिक अभिव्यक्त होते हैं और सीडीटी1 और सीडीसी6 की प्रयोगात्मक अत्यधिक अभिव्यक्ति चूहे की कोशिकाओं में ट्यूमर के विकास का कारण बन सकती है। इसी तरह, नॉकआउट चूहों में जेमिनिन एब्लेशन ट्यूमर के गठन को बढ़ाने के लिए बताया गया है। इसके अलावा, इन अध्ययनों से संकेत मिलता है कि पुनः प्रतिकृति के परिणामस्वरूप एन्यूप्लोइडी, गुणसूत्र संलयन और डीएनए टूटने में वृद्धि हो सकती है। नए कैंसर उपचारों के विकास के लिए नियामक प्रतिकृति तंत्र की पूरी समझ महत्वपूर्ण है। खमीर में, जी1 सीडीके गतिविधि की बढ़ी हुई गतिविधि आमतौर पर पूर्व-आरसी की असेंबली और कम सक्रिय उत्पत्ति के साथ एस चरण में प्रवेश को रोकती है, लेकिन कैंसर कोशिकाओं में, पी53 और आरबी/ई2एफ मार्ग विनियमित होते हैं और सक्रिय उत्पत्ति की कम मात्रा के साथ एस चरण में प्रवेश की अनुमति देते हैं। इससे डी. एन. ए. में डबल-स्ट्रैंड टूट जाता है, पुनर्संयोजन में वृद्धि होती है और गलत गुणसूत्र व्यवस्था होती है। यह क्षति किस तंत्र द्वारा होती है, यह अभी तक ज्ञात नहीं है। एक संभावना यह है कि मूल सक्रियण में कमी से अपूर्ण डी. एन. ए. प्रतिकृति बनती है। महत्वपूर्ण पुनः प्रतिकृति केवल तभी देखी जाती है जब सभी सी. डी. के. नियामक मार्ग बाधित होते हैं। स्तनधारी कोशिकाओं में, सी. डी. टी. 1 और सी. डी. सी. 6 पुनः प्रतिकृति विनियमन के लिए बहुत अधिक महत्वपूर्ण हैं। गैर-छोटी कोशिका फेफड़ों के कार्सिनोमा के 43/75 मामलों में Cdt1 और Cdc6 की अत्यधिक अभिव्यक्ति पाई गई। स्तनधारी कोशिकाओं में सी. डी. सी. 6 या ओ. आर. सी. को लक्षित करने से पर्याप्त पुनः प्रतिकृति नहीं बनती है। दूसरी ओर, सी. डी. टी. 1 की अत्यधिक अभिव्यक्ति, अपने आप में संभावित रूप से घातक पुनः प्रतिकृति के स्तर को जन्म दे सकती है। यह प्रतिक्रिया केवल कैंसर कोशिकाओं में देखी जाती है। ई2एफ परिवार के सदस्यों की अत्यधिक अभिव्यक्ति सी. डी. टी. 1 और सी. डी. सी. 6 अभिव्यक्ति में वृद्धि में योगदान देती है। कोशिकाओं में पी53 विनियमन का नुकसान कोशिका रेखाओं में भी अक्सर देखा जा सकता है जो सी. डी. टी. 1 या सी. डी. सी. 6 को अधिक अभिव्यक्त करते हैं। कोशिका चक्र-विनियमित डी. एन. ए. प्रतिकृति के विशेष मामले के लिए जिसमें डी. एन. ए. संश्लेषण को कोशिका चक्र की प्रगति से अलग किया जाता है, एंडोरेडुप्लिकेशन को संदर्भित करता है। एंडोरेडुप्लिकेशन कई प्रकार की कोशिकाओं में एक महत्वपूर्ण और व्यापक तंत्र है। यह नियमित रूप से विभाजित कोशिकाओं में कई कोशिका चक्र चौकियों और क्षति नियंत्रणों का पालन नहीं करता है, लेकिन इसके परिणामस्वरूप अनियंत्रित पुनः प्रतिकृति नहीं होती है। एंडोरेडुप्लिकेशन एक नियंत्रित प्रक्रिया है और एक विशिष्ट कोशिका कार्य करने के लिए होती है। कुछ कोशिकाओं में, यह प्रस्तावित किया गया है कि एंडोरेडुप्लिकेशन का उपयोग भ्रूणजनन और अंकुरण के लिए न्यूक्लियोटाइड्स को संग्रहीत करने के तरीके के रूप में किया जाता है। अन्य मामलों में, एंडोरेडुप्लिकेशन का उपयोग उन कोशिकाओं में किया जा सकता है जिनका उपयोग केवल पोषक तत्वों के भंडारण के लिए किया जाता है। कई कोशिकाओं में इसके उपयोगी कार्य करने के बावजूद, कैंसर कोशिकाओं में एंडोरेडुप्लिकेशन भी देखा गया है, और यह पूरी तरह से समझा नहीं गया है कि क्या एंडोरेडुप्लिकेशन कैंसर के व्यवहार की ओर ले जाता है या क्या अन्य उत्परिवर्तन एंडोरेडुप्लिकेशन की ओर ले जाते हैं। इन परिवर्तनों की मध्यस्थता में अन्य तंत्र शामिल हो सकते हैं। संदर्भ कोशिका जीवविज्ञान कोशिका चक्र