Как пролить свет на темную материю в ДНК человека

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали атлас одноклеточного хроматина генома человека. Хроматин — это комплекс ДНК и белка, обнаруженный в эукариотических клетках. Области хроматина регуляторных элементов ключевых генов появляются в открытых конфигурациях внутри специфических ядер клеток. Точная идентификация доступных участков хроматина в клетках из различных типов тканей человека будет ключевым шагом на пути к пониманию роли регуляторных элементов генов (некодирующей ДНК) в здоровье или заболевании человека.

Результаты были опубликованы в Интернете в выпуске журнала от 12 ноября 2021 г. камера.

Для ученых геном человека, известный как «книга жизни», по большей части не написан. Или хотя бы непрочитанный. Хотя наука установила известное (приблизительное) количество всех генов, кодирующих белок, необходимых для построения человека, около 20000+, эта оценка на самом деле не объясняет, как именно работает процесс строительства или, в случае болезнь, это может пойти наперекосяк.

сказал Пинг Рен, доктор философии, директор Центра генетики, профессор клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Сан-Диего Калифорнийского университета и член Института Людвига по исследованию рака при Калифорнийском университете в США.

«Одна из основных причин заключается в том, что большинство последовательностей ДНК человека, более 98 процентов, не кодируют белки, и у нас еще нет книги генетических кодов, чтобы разблокировать информацию, встроенную в эти последовательности».

Другими словами, это немного похоже на определение заголовков глав, но с оставшимися пустыми остальными страницами.

Об усилиях по заполнению пробелов широко сообщается в продолжающейся международной программе под названием «Энциклопедия элементов ДНК» (ENCODE), и они включают работу Рена и его коллег. В частности, они исследовали роль и функцию хроматин, который представляет собой комплекс ДНК и белков, составляющих хромосомы внутри ядер. эукариотические клетки.

ДНК несет генетические инструкции для клетки. Ключевые белки хроматина, называемые гистонами, помогают плотно собрать ДНК в компактную форму, которая соответствует ядру клетки. (Примерно шесть футов ДНК спрятано в каждом клеточном ядре и на расстоянии около 10 миллиардов миль в каждом человеческом теле.) Изменения в том, как хроматин собирает ДНК, связаны с репликацией ДНК и экспрессией генов.

после, после Работа с мышамиРен и его сотрудники обратили внимание на одноклеточный атлас хроматина в геноме человека.

Они применили тесты к более чем 600000 человек. клетки Образцы были взяты из 30 типов тканей взрослого человека от нескольких доноров, а затем объединены этой информацией с аналогичными данными из 15 типов тканей плода, чтобы выявить статус хроматина примерно на 1,2 миллиона цис-фильтров.организационные элементы в 222 различных типах клеток.

Соавтор исследования Себастьян Пресел, доктор философии и содиректор отдела геномики единичных клеток в Центре эпигеномики Калифорнийского университета в Сан-Диего, совместном исследовательском центре, проводившем тесты, сказал.

Цис-регуляторные элементы — это участки некодирующей ДНК, которые регулируют транскрипцию (копирование части ДНК в РНК) соседних генов. Транскрипция — это основной процесс, который превращает генетическую информацию в действия.

«Исследования последнего десятилетия показали, что вариации последовательности в некодирующей ДНК являются основным фактором полигенных признаков и заболеваний у людей, таких как диабет, болезнь Альцгеймера и аутоиммунные заболевания», — сказал соавтор исследования Кайл Дж. Гултон, доктор философии, доцент кафедры педиатрии Калифорнийского университета медицинской школы Сан-Диего.

«Новая модель, которая помогает объяснить, как эти некодирующие варианты способствуют развитию болезни, утверждает, что эти изменения последовательности нарушают функцию транскрипционных регуляторных элементов и приводят к дефектной экспрессии генов в типах клеток, связанных с заболеванием, таких как нейроны, иммунные клетки или эпителиальные клетки. клеток «, — сказал автор. Первый участник Кай Чжан, доктор философии, является докторантом отделения клеточной и молекулярной медицины. «Тем не менее, основным препятствием для раскрытия функциональности некодирующих вариантов риска является отсутствие специфичного для клеточного типа картирования транскрипционных регуляторных элементов в человеческие гены. »

Новые результаты определяют типы клеток, соответствующие патологическим особенностям 240 полигенных признаков и заболеваний, и иллюстрируют риски некодирующих вариантов, сказал Рен.

«Мы считаем, что этот ресурс значительно облегчит изучение механизма широкого спектра болезней человека на многие годы вперед».

Атлас хроматина также позволит научному сообществу выявить специфические для тканевой среды различия для типов клеток, обнаруженных во многих тканях, таких как фибробласты, иммунные клетки или эндотелиальные клетки, сказал Приссел.