Vrhání světlo na temnou hmotu v lidské DNA

Vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu vytvořili jednobuněčný chromatinový atlas lidského genomu. Chromatin je komplex DNA a proteinu, který se nachází v eukaryotických buňkách. Chromatinové oblasti regulačních elementů klíčových genů se objevují v otevřených konfiguracích uvnitř specifických buněčných jader. Přesná identifikace dostupných chromatinových oblastí v buňkách z různých typů lidských tkání bude klíčovým krokem k pochopení úlohy genových regulačních prvků (nekódující DNA) v lidském zdraví nebo nemoci.

Výsledky byly zveřejněny online ve vydání z 12. listopadu 2021 Vězeňská cela.

Pro vědce je lidský genom, známý jako „kniha života“, většinou nepopsaný. Nebo alespoň nepřečtené. Zatímco věda stanovila slavný (přibližný) počet všech genů kódujících proteiny potřebných k sestavení lidské bytosti, téměř 20 000+, tento odhad ve skutečnosti nezačíná přesně vysvětlovat, jak stavební proces funguje nebo v případě nemoc, může se to zvrtnout.

řekl Ping Ren, PhD, ředitel Genetics Center, profesor buněčné a molekulární medicíny na University of California San Diego School of Medicine a člen Ludwigova institutu pro výzkum rakoviny na UCSD.

„Jedním z hlavních důvodů je, že většina sekvencí lidské DNA, více než 98 procent, jsou neproteinové kódy a zatím nemáme knihu genetických kódů, které by odemkly informace vložené do těchto sekvencí.“

Jinými slovy, je to trochu jako zjišťování názvů kapitol, ale zbytek stránek je prázdný.

Snahy vyplnit prázdná místa jsou široce popsány v probíhajícím mezinárodním úsilí zvaném Encyklopedie prvků DNA (ENCODE) a zahrnují práci Rena a kolegů. Zejména zkoumali roli a funkci chromatin, což je komplex DNA a proteinů, které tvoří chromozomy uvnitř jader eukaryotické buňky.

DNA nese genetické instrukce pro buňku. Klíčové proteiny v chromatinu, nazývané histony, pomáhají těsně sestavit DNA do kompaktního tvaru, který zapadá do buněčného jádra. (V každém buněčném jádru je zastrčeno přibližně šest stop DNA a v každém lidském těle je asi 10 miliard mil daleko.) Změny ve způsobu, jakým chromatin sestavuje DNA, jsou spojeny s replikací DNA a genovou expresí.

po, po Práce s myšmiRen a jeho spolupracovníci obrátili svou pozornost k jednobuněčnému atlasu chromatinu v lidském genomu.

Aplikovali testy na více než 600 000 lidí buňky 30 dospělých lidských tkání bylo odebráno od více dárců a tyto informace byly poté kombinovány s podobnými údaji z 15 typů fetálních tkání, aby se odhalil stav chromatinu na přibližně 1,2 milionu cis-filtrů.organizační prvky ve 222 různých typech buněk.

Spoluautor studie Sebastian Presel, PhD a spoluředitel Single Cell Genomics v Centru pro epigenomiku UC San Diego, výzkumném středisku pro spolupráci, které provádělo testy, řekl.

Cis regulační elementy jsou oblasti nekódující DNA, které regulují transkripci (kopírování části DNA do RNA) sousedních genů. Transkripce je základní proces, který mění genetickou informaci v činy.

„Studie v posledním desetiletí prokázaly, že nekódující variace sekvencí DNA jsou hlavní hnací silou polygenních vlastností a nemocí u lidí, jako je diabetes, Alzheimerova choroba a autoimunitní onemocnění,“ řekl spoluautor studie Kyle J. Gulton, PhD, odborný asistent na katedře pediatrie na University of California, San Diego School of Medicine.

„Nový model, který pomáhá vysvětlit, jak tyto nekódující varianty přispívají k onemocnění, předpokládá, že tyto změny sekvence narušují funkci transkripčních regulačních prvků a vedou k defektní genové expresi v buněčných typech souvisejících s onemocněním, jako jsou neurony, imunitní buňky nebo epiteliální buňky. První účastník Kai Zhang, PhD, je postdoktorandem na katedře buněčné a molekulární medicíny. „Hlavní překážkou pro odblokování funkčnosti nekódujících rizikových variant je však nedostatek specifického mapování transkripčních regulačních prvků v buňkách. lidské geny. “

Nové poznatky identifikují typy buněk relevantní pro patologické rysy 240 polygenních znaků a nemocí a ilustrují rizika nekódujících variant, řekl Ren.

„Věříme, že tento zdroj značně usnadní studium mechanismu napříč širokou škálou lidských nemocí po mnoho příštích let.“

Chromatinový atlas také umožní vědecké komunitě odhalit rozdíly v tkáňovém prostředí pro typy buněk nacházejících se ve více tkáních, jako jsou fibroblasty, imunitní buňky nebo endoteliální buňky, řekl Presel.