У безпрецедентному атласі дослідники почали відображати, як гени вмикаються або вимикаються в різних клітинах, що є кроком до кращого розуміння зв’язків між генами і хворобами.
Дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго створили одноклітинний атлас хроматину геному людини. Хроматин синтезується з ДНК Білок, що міститься в еукаріотичних клітинах. Ділянки хроматину регуляторних елементів ключових генів з’являються у відкритих конфігураціях у межах конкретних клітинних ядер. Точна ідентифікація доступних ділянок хроматину в клітинах різних типів людської тканини стане ключовим кроком до розуміння ролі регуляторних елементів гена (некодуючої ДНК) у здоров’ї або хворобі людини.
Результати були опубліковані в Інтернеті в номері від 12 листопада 2021 року тюремна камера.
Для вчених геном людини, відомий як «книга життя», здебільшого ненаписаний. Або принаймні непрочитаний. Хоча наука назвала відому (приблизну) кількість усіх генів, що кодують білок, необхідних для побудови людини, близько 20 000+, ця оцінка насправді не пояснює, як саме працює процес побудови або, у разі хвороба, вона може піти не так.
«Геном людини був секвенований 20 років тому, але інтерпретація сенсу цієї книги життя залишається проблемою», — сказав Бінг Рен, доктор філософії, директор Центру генетики, професор клітинної та молекулярної медицини в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго. Медицина та член Інституту дослідження раку Людвіга в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго.
«Одна з головних причин полягає в тому, що більшість послідовностей людської ДНК, понад 98 відсотків, не кодують білки, і ми ще не маємо книги генетичних кодів, щоб розблокувати інформацію, вбудовану в ці послідовності».
Іншими словами, це трохи схоже на визначення назв розділів, але решту сторінок залишають порожніми.
Зусилля по заповненню пробілів у великих масштабах використовуються в рамках поточних міжнародних зусиль під назвою Енциклопедія елементів ДНК (ENCODE), в тому числі роботи Рена та його колег. Зокрема, вони досліджували роль і функції хроматину, комплексу ДНК і білків, які утворюють хромосоми в ядрах еукаріотичних клітин.
ДНК несе генетичні інструкції для клітини. Ключові білки в хроматині, які називаються гістонами, допомагають щільно зібрати ДНК у компактну форму, яка поміщається в ядрі клітини. (У кожному ядрі клітини знаходиться приблизно шість футів ДНК, а в кожному людському тілі – приблизно 10 мільярдів миль.) Зміни в тому, як хроматин збирає ДНК, пов’язані з реплікацією ДНК та експресією генів.
Після роботи з мишами Рен і його співробітники звернули свою увагу на одноклітинний атлас хроматину в геномі людини.
Вони застосували аналізи на понад 600 000 людських клітин, взятих із 30 типів тканин дорослої людини від кількох донорів, а потім об’єднали цю інформацію з подібними даними з 15 типів тканин плода, щоб виявити статус хроматину в майже 1,2 мільйонах регуляторних елементів. Відфільтровано за 222 різними елементами. . Типи клітин.
Співавтор дослідження Себастьян Преселл, доктор філософії, і співдиректор одноклітинної геноміки в Каліфорнійському університеті, Центр генетики Сан-Дієго, спільний дослідницький центр, який проводив тести.
Цис-регуляторні елементи — це ділянки некодуючого ДНК, які регулюють транскрипцію (копіювання частини ДНК в РНК) із сусідніх генів. Транскрипція є основним процесом, який перетворює генетичну інформацію в дії.
«Дослідження останнього десятиліття продемонстрували, що відмінності в послідовності некодуючої ДНК є основною причиною полігенних ознак і захворювань у людей, таких як діабет, хвороба Альцгеймера«Хвороби та аутоімунні захворювання», – сказав співавтор дослідження Кайл Дж. Гултон, доктор філософії, доцент кафедри педіатрії Медичної школи Університету Сан-Дієго.
«Нова модель, яка допомагає пояснити, як ці некодують варіанти сприяють захворюванню, стверджує, що ці зміни послідовності порушують функцію регуляторних елементів транскрипції та призводять до дефектної експресії генів у пов’язаних із захворюванням типах клітин, таких як нейрони, імунні клітини або епітеліальні клітини. клітини», – сказав перший співавтор Кай Чжан, доктор філософії, докторант кафедри клітинної та молекулярної медицини. «Однак основним бар’єром для розблокування функції некодуючих варіантів ризику є відсутність специфічних для клітинного типу карт регуляторних елементів транскрипції в геномі людини».
Нові висновки визначають типи клітин, що мають відношення до патологічних особливостей 240 полігенних ознак і захворювань, і ілюструють ризики некодуючих варіантів, сказав Рен.
«Ми віримо, що цей ресурс значно полегшить вивчення механізму широкого спектру захворювань людини протягом багатьох років».
Атлас хроматину також дозволить науковій спільноті виявити специфічні для тканинного середовища відмінності для типів клітин, що знаходяться в багатьох тканинах, таких як фібробласти, імунні клітини або ендотеліальні клітини, сказав Пріссел.
Довідка: «Одноклітинний атлас доступності хроматину в геномі людини» Кай Чжан, Джеймс Д. Хукер, Майкл Міллер, Сяомінг Ху, Джошуа Чю та Олів’є Б. Гултон, Аллен Ван, Себастьян Пресел і Бін Рен, 12 листопада 2021 року, доступно тут. тюремна камера.
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.10.024
Співавтори: Джеймс Д. Хукер та Ян Е. Лі, Інститут дослідження раку Людвіга та Каліфорнійський університет, Сан-Дієго; Майкл Міллер, Хіаомен Хоу, Джошуа Чіу, Олів’є Б. Пуаріон, Аллен Ван, усі в UCSD; і Юньцзян Цю, Інститут дослідження раку Людвіга, Ла-Хойя.
Фінансування цього дослідження частково надходило з Інституту дослідження раку Людвіга, Національного інституту дослідження геному людини (GRANT 3U54HG006997-04S2), Національного фонду охорони здоров’я (AMP T2D RFP14) та Національного інституту Рут Л. Кірхштейн Премія за наукові дослідження від Національного інституту загальної медицини (T32 GM008666).
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
