Πίστωση: Δημόσιος τομέας Pixabay/CC0 12 ΝΟΕΜΒΡΙΟΥ 2021
από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια – Σαν Ντιέγκο
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο δημιούργησαν έναν μονοκύτταρο άτλαντα χρωματίνης για το ανθρώπινο γονιδίωμα.
Η χρωματίνη είναι ένα σύμπλεγμα DNA και πρωτεΐνης που βρίσκεται στα ευκαρυωτικά κύτταρα. περιοχές χρωματίνης σε βασικά γονιδιακά ρυθμιστικά στοιχεία εμφανίζονται σε ανοιχτές διαμορφώσεις εντός ορισμένων κυτταρικών πυρήνων.
Η ακριβής οριοθέτηση αυτών των προσβάσιμων περιοχών χρωματίνης σε κύτταρα διαφορετικών τύπων ανθρώπινου ιστού θα ήταν ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση του ρόλου των γονιδιακών ρυθμιστικών στοιχείων (μη κωδικοποιητικό DNA) στην ανθρώπινη υγεία ή ασθένεια.
Τα ευρήματα δημοσιεύονται στο διαδίκτυο στο τεύχος 12 Νοεμβρίου 2021 του Cell .
Για τους επιστήμονες, το ανθρώπινο γονιδίωμα, που ευρέως αποκαλείται «βιβλίο της ζωής», είναι ως επί το πλείστον άγραφο.
Ή τουλάχιστον αδιάβαστο.
Ενώ η επιστήμη έχει γράψει περίφημα έναν (κατά προσέγγιση) αριθμό σε όλα τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες που απαιτούνται για την κατασκευή ενός ανθρώπου, περίπου 20.000+, αυτή η εκτίμηση δεν αρχίζει πραγματικά να εξηγεί πώς ακριβώς λειτουργεί η διαδικασία κατασκευής ή, στην περίπτωση ασθένειας , μπορεί να πάει στραβά.
«Η αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος αναλύθηκε πριν από 20 χρόνια, αλλά η ερμηνεία του νοήματος αυτού του βιβλίου της ζωής εξακολουθεί να είναι δύσκολη», δήλωσε ο Bing Ren, Ph.D., διευθυντής του Κέντρου Επιγονιδιωματικής, καθηγητής κυτταρικής και μοριακής ιατρικής στο UC San. Diego School of Medicine και μέλος του Ludwig Institute for Cancer Research στο UC San Diego.
«Ένας σημαντικός λόγος είναι ότι η πλειονότητα της αλληλουχίας του ανθρώπινου DNA, περισσότερο από το 98 τοις εκατό, δεν κωδικοποιεί πρωτεΐνες και δεν έχουμε ακόμη ένα βιβλίο γενετικού κώδικα για να ξεκλειδώσετε τις πληροφορίες που είναι ενσωματωμένες σε αυτές τις αλληλουχίες».
Με άλλα λόγια, είναι λίγο σαν να γνωρίζεις τίτλους κεφαλαίων, αλλά με τις υπόλοιπες σελίδες να είναι ακόμα κενές.
Οι προσπάθειες για τη συμπλήρωση των κενών αποτυπώνονται σε γενικές γραμμές σε μια συνεχή διεθνή προσπάθεια που ονομάζεται Εγκυκλοπαίδεια Στοιχείων DNA (ENCODE) και περιλαμβάνει το έργο του Ρεν και των συναδέλφων του.
Συγκεκριμένα, έχουν διερευνήσει το ρόλο και τη λειτουργία της χρωματίνης , ενός συμπλέγματος DNA και πρωτεϊνών που σχηματίζουν χρωμοσώματα στους πυρήνες των ευκαρυωτικών κυττάρων .
Το DNA μεταφέρει τις γενετικές οδηγίες του κυττάρου.
Οι κύριες πρωτεΐνες της χρωματίνης, που ονομάζονται ιστόνες, βοηθούν στη σφιχτή συσκευασία του DNA σε συμπαγή μορφή που ταιριάζει στον πυρήνα του κυττάρου.
(Υπάρχουν περίπου έξι πόδια DNA σφηνωμένο σε κάθε κυτταρικό πυρήνα και περίπου 10 δισεκατομμύρια μίλια σε κάθε ανθρώπινο σώμα.)
Οι αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο η χρωματίνη δεσμεύει το DNA σχετίζονται με την αντιγραφή του DNA και την έκφραση γονιδίων.
Αφού δούλεψαν με ποντίκια , ο Ρεν και οι συνεργάτες τους έστρεψαν την προσοχή τους σε έναν μονοκύτταρο άτλαντα χρωματίνης στο ανθρώπινο γονιδίωμα.
Εφάρμοσαν δοκιμές σε περισσότερα από 600.000 ανθρώπινα κύτταρα που ελήφθησαν δείγματα από 30 ενήλικους τύπους ανθρώπινου ιστού από πολλαπλούς δότες, στη συνέχεια ενσωμάτωσαν αυτές τις πληροφορίες με παρόμοια δεδομένα από 15 τύπους εμβρυϊκού ιστού για να αποκαλύψουν την κατάσταση της χρωματίνης σε περίπου 1,2 εκατομμύρια υποψήφια cis- ρυθμιστικά στοιχεία σε 222 διακριτές τύπους κυττάρων.
«Μία από τις αρχικές προκλήσεις ήταν ο εντοπισμός των καλύτερων πειραματικών συνθηκών για ένα τόσο ποικίλο σύνολο τύπων δειγμάτων, ιδιαίτερα δεδομένου του μοναδικού μακιγιάζ και της ευαισθησίας του κάθε ιστού στην ομογενοποίηση», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Sebastian Preissl, Ph.D., αναπληρωτής διευθυντής του Single. Cell Genomics στο UC San Diego Center for Epigenomics, ένα συνεργατικό ερευνητικό κέντρο που πραγματοποίησε τις αναλύσεις.
Τα ρυθμιστικά στοιχεία Cis είναι περιοχές μη κωδικοποιητικού DNA που ρυθμίζουν τη μεταγραφή (αντιγραφή τμήματος DNA σε RNA) γειτονικών γονιδίων.
Η μεταγραφή είναι η βασική διαδικασία που μετατρέπει τη γενετική πληροφορία σε δράση.
«Μελέτες της τελευταίας δεκαετίας έχουν αποδείξει ότι οι παραλλαγές αλληλουχίας στο μη κωδικοποιητικό DNA είναι βασικός μοχλός σε πολυγονιδιακά χαρακτηριστικά και ασθένειες σε ανθρώπινους πληθυσμούς, όπως ο διαβήτης, η νόσος του Αλτσχάιμερ και τα αυτοάνοσα νοσήματα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Kyle J. Gaulton, Ph.D., επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Παιδιατρικής στο UC San Diego School of Medicine.
“Ένα νέο παράδειγμα που βοηθά να εξηγηθεί πώς αυτές οι μη κωδικοποιητικές παραλλαγές συμβάλλουν σε ασθένειες, υποστηρίζει ότι αυτές οι αλλοιώσεις αλληλουχίας διαταράσσουν τη λειτουργία των μεταγραφικών ρυθμιστικών στοιχείων και οδηγούν σε απορύθμιση της γονιδιακής έκφρασης σε κυτταρικούς τύπους που σχετίζονται με την ασθένεια, όπως νευρώνες, ανοσοκύτταρα ή επιθηλιακά κύτταρα.” είπε ο συν-πρώτος συγγραφέας Kai Zhang, Ph.D., μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Τμήμα Κυτταρικής και Μοριακής Ιατρικής.
“Ένα σημαντικό εμπόδιο για το ξεκλείδωμα της λειτουργίας των μη κωδικοποιημένων παραλλαγών κινδύνου, ωστόσο, είναι η έλλειψη χαρτών κυτταρικού τύπου με μεταγραφικά ρυθμιστικά στοιχεία στο ανθρώπινο γονιδίωμα .”
Ο Ρεν είπε ότι τα νέα ευρήματα εντοπίζουν κυτταρικούς τύπους που σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά της νόσου για 240 πολυγονιδιακά χαρακτηριστικά και ασθένειες και σχολιάζουν τον κίνδυνο μη κωδικοποιημένων παραλλαγών.
«Πιστεύουμε ότι αυτός ο πόρος θα διευκολύνει σημαντικά τη μελέτη του μηχανισμού σε ένα ευρύ φάσμα ανθρώπινων ασθενειών για πολλά χρόνια ακόμη».
Ο Preissl είπε ότι ο άτλαντας της χρωματίνης θα επιτρέψει επίσης στην επιστημονική κοινότητα να ξεδιαλύνει τις ειδικές για το περιβάλλον ιστών διαφορές τύπων κυττάρων που βρίσκονται σε πολλαπλούς ιστούς, όπως ινοβλάστες, ανοσοκύτταρα ή ενδοθηλιακά κύτταρα.
Εξερευνήστε περαιτέρω
Ειδική εικόνα για κυτταρικό τύπο για τη λειτουργία των παραγόντων κινδύνου στη στεφανιαία νόσο
https://phys.org/news/2021-11-illuminating-dark-human-dna.html
Αφήστε μια απάντηση