Vedci z Kalifornskej univerzity v San Diegu vytvorili jednobunkový chromatínový atlas ľudského genómu. Chromatín je komplex DNA a proteínu, ktorý sa nachádza v eukaryotických bunkách. Chromatínové oblasti regulačných prvkov kľúčových génov sa objavujú v otvorených konfiguráciách v špecifických bunkových jadrách. Presná identifikácia dostupných chromatínových oblastí v bunkách z rôznych typov ľudských tkanív bude kľúčovým krokom k pochopeniu úlohy génových regulačných prvkov (nekódujúca DNA) v ľudskom zdraví alebo chorobe.

Výsledky boli zverejnené online vo vydaní z 12. novembra 2021 cela vo väzení.

Pre vedcov je ľudský genóm, známy ako „kniha života“, väčšinou nepísaný. Alebo aspoň neprečítané. Zatiaľ čo veda uvádza slávny (približný) počet všetkých génov kódujúcich proteíny, ktoré sú potrebné na stavbu ľudskej bytosti, takmer 20 000+, tento odhad v skutočnosti nezačína presne vysvetľovať, ako proces budovania funguje alebo v prípade choroba, môže sa to zvrtnúť.

povedal Ping Ren, PhD, riaditeľ Genetického centra, profesor bunkovej a molekulárnej medicíny na Lekárskej fakulte Kalifornskej univerzity v San Diegu a člen Ludwigovho inštitútu pre výskum rakoviny na UCSD.

„Jedným z hlavných dôvodov je, že väčšina sekvencií ľudskej DNA, viac ako 98 percent, nekóduje proteín a zatiaľ nemáme knihu genetických kódov, ktorá by odomkla informácie vložené do týchto sekvencií.“

Inými slovami, je to trochu ako zisťovanie názvov kapitol, ale zvyšok strán zostáva prázdny.

Snahy vyplniť prázdne miesta sú široko uvádzané v prebiehajúcom medzinárodnom úsilí s názvom Encyklopédia prvkov DNA (ENCODE) a zahŕňajú prácu Rena a kolegov. Skúmali najmä úlohu a funkciu chromatín, čo je komplex DNA a proteínov, ktoré tvoria chromozómy vo vnútri jadier eukaryotických buniek.

DNA nesie genetické inštrukcie pre bunku. Kľúčové proteíny v chromatíne, nazývané históny, pomáhajú pevne zostaviť DNA do kompaktného tvaru, ktorý zapadá do bunkového jadra. (V každom bunkovom jadre je približne šesť stôp DNA a v každom ľudskom tele je vzdialená asi 10 miliárd míľ.) Zmeny v tom, ako chromatín skladá DNA, sú spojené s replikáciou DNA a génovou expresiou.

po, po Práca s myšamiRen a jeho spolupracovníci obrátili svoju pozornosť na jednobunkový atlas chromatínu v ľudskom genóme.

Aplikovali testy na viac ako 600 000 ľudí bunky Z 30 dospelých ľudských tkanív sa odobrali vzorky od viacerých darcov a tieto informácie sa potom spojili s podobnými údajmi z 15 typov tkaniva plodu, aby sa odhalil stav chromatínu pri približne 1,2 miliónoch cis-filtrov.organizačné prvky v 222 rôznych typoch buniek.

Spoluautor štúdie Sebastian Presel, PhD, a spoluriaditeľ Single Cell Genomics v UC San Diego Center for Epigenomics, kolaboratívne výskumné centrum, ktoré vykonalo testy, povedal.

Cis regulačné elementy sú oblasti nekódujúcej DNA, ktoré regulujú transkripciu (kopírovanie časti DNA do RNA) susedných génov. Transkripcia je základný proces, ktorý mení genetickú informáciu na činy.

„Štúdie v poslednom desaťročí ukázali, že nekódujúce variácie sekvencií DNA sú hlavnou hnacou silou polygénnych znakov a chorôb u ľudí, ako je cukrovka, Alzheimerova choroba a autoimunitné ochorenie,“ povedal spoluautor štúdie Kyle J. Gulton, PhD, odborný asistent na oddelení pediatrie na Kalifornskej univerzite v San Diegu School of Medicine.

„Nový model, ktorý pomáha vysvetliť, ako tieto nekódujúce varianty prispievajú k chorobe, predpokladá, že tieto zmeny sekvencie narúšajú funkciu transkripčných regulačných prvkov a vedú k chybnej génovej expresii v typoch buniek súvisiacich s ochorením, ako sú neuróny, imunitné bunky alebo epitelové bunky. buniek,“ povedal autor. Prvý účastník Kai Zhang, PhD, je postdoktorandom na oddelení bunkovej a molekulárnej medicíny. „Hlavnou prekážkou odblokovania funkčnosti nekódujúcich rizikových variantov je však nedostatok mapovania transkripčných regulačných prvkov špecifického pre bunkový typ. ľudské gény. “

Nové zistenia identifikujú typy buniek relevantné pre patologické znaky 240 polygénnych znakov a chorôb a ilustrujú riziká nekódujúcich variantov, povedal Ren.

„Veríme, že tento zdroj značne uľahčí štúdium mechanizmu naprieč širokou škálou ľudských chorôb na mnoho nasledujúcich rokov.“

Atlas chromatínu tiež umožní vedeckej komunite odhaliť rozdiely v tkanivovom prostredí pre typy buniek nachádzajúcich sa vo viacerých tkanivách, ako sú fibroblasty, imunitné bunky alebo endotelové bunky, povedal Presel.