آخرین مطالب

اولین توالی کامل و بدون شکاف ژنوم انسان نواحی پنهان را نشان می دهد


اولین توالی کامل و بدون شکاف ژنوم انسان نواحی پنهان را نشان می دهد

کارن میگا، استادیار مهندسی زیست مولکولی در UC سانتا کروز، کنسرسیوم Telomere-to-Telomere (T2T) را برای دنبال کردن یک مونتاژ کامل و بدون شکاف از یک توالی ژنوم انسانی تأسیس کرد. اعتبار: Carolyn Lagattuta/UCSC

اولین توالی واقعاً کامل یک ژنوم انسانی که هر کروموزوم را از انتها تا انتها بدون شکاف و دقت بی‌سابقه پوشش می‌دهد، اکنون از طریق مرورگر ژنوم UCSC در دسترس است و در شش مقاله منتشر شده در 31 مارس توضیح داده شده است. علوم پایه.

از زمانی که اولین پیش نویس کاری توالی ژنوم انسانی در UC سانتا کروز در سال 2000 جمع آوری شد، تحقیقات ژنومیک به پیشرفت های عظیمی در درک ما از بیولوژی و بیماری انسان منجر شده است. با این وجود، مناطق حیاتی که حدود 8 درصد از ژنوم انسان را تشکیل می دهند، به دلیل محدودیت های فناوری های توالی یابی DNA، برای بیش از 20 سال از دید دانشمندان پنهان مانده اند.

کارن میگا، استادیار مهندسی زیست مولکولی در UC سانتا کروز، و آدام فیلیپی در موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی (NHGRI) یک تیم بین‌المللی از دانشمندان – کنسرسیوم تلومر به تلومر (T2T) را سازماندهی کردند تا قطعات گمشده را پر کنند. . اکنون تلاش آنها نتیجه داده است.

ژنوم مرجع جدید که T2T-CHM13 نام دارد، نزدیک به 200 میلیون جفت باز توالی DNA جدید، شامل 99 ژن احتمالاً برای کدگذاری پروتئین ها و نزدیک به 2000 ژن کاندید که نیاز به مطالعه بیشتر دارند، اضافه می کند. همچنین هزاران خطای ساختاری را در دنباله مرجع فعلی تصحیح می کند.

شکاف هایی که اکنون توسط توالی جدید پر شده است شامل کل بازوهای کوتاه پنج کروموزوم انسانی است و برخی از پیچیده ترین مناطق ژنوم را پوشش می دهد. اینها شامل توالی‌های DNA بسیار تکراری است که در و اطراف ساختارهای کروموزومی مهم مانند تلومرهای انتهای کروموزوم‌ها و سانترومرهایی که جداسازی کروموزوم‌های تکثیر شده را در طول تقسیم سلولی هماهنگ می‌کنند، یافت می‌شوند. توالی جدید همچنین تکثیرهای قطعه‌ای که قبلاً شناسایی نشده بودند، بخش‌های طولانی از DNA که در ژنوم تکثیر شده‌اند و نقش مهمی در تکامل و بیماری دارند را نشان می‌دهد.

میگا گفت: «این بخش‌هایی از ژنوم انسان که بیش از 20 سال نتوانسته‌ایم آن‌ها را مطالعه کنیم برای درک ما از نحوه عملکرد ژنوم، بیماری‌های ژنتیکی و تنوع و تکامل انسان مهم هستند.

بسیاری از نواحی تازه کشف شده حتی اگر شامل ژن های فعال نباشند، عملکردهای مهمی در ژنوم دارند.

دیوید هاسلر، مدیر مؤسسه ژنومیک UC سانتا کروز، گفت: “مزیت عمیقی برای دیدن کل ژنوم به عنوان یک سیستم کامل وجود دارد. این ما را در موقعیتی قرار می دهد که بتوانیم نحوه عملکرد آن سیستم را کشف کنیم.” ما با داشتن تقریباً 90 درصد از ژنوم انسان، درک عظیمی از بیولوژی و بیماری انسان به دست آورده‌ایم، اما بسیاری از جنبه‌های مهم وجود داشت که دور از نظر علم پنهان بود، زیرا ما فناوری خواندن آن بخش‌ها را نداشتیم. اکنون می‌توانیم در بالای کوه بایستیم و تمام منظره زیر را ببینیم و تصویر کاملی از میراث ژنتیکی انسانی خود به دست آوریم.”

توالی ژنوم T2T، نشان دهنده ژنوم CHM13 تمام شده به اضافه کروموزوم T2T Y اخیراً تکمیل شده (CHM13 شامل یک کروموزوم X است اما نه یک کروموزوم Y)، اکنون یک ژنوم مرجع جدید در مرورگر ژنوم UCSC است. توالی T2T به طور کامل در مرورگر حاشیه نویسی شده است، و راهی کارآمد برای دانشمندان برای دسترسی و تجسم انبوهی از اطلاعات مرتبط با ژن ها و سایر عناصر ژنوم فراهم می کند.

میگا توضیح داد: «ما می‌خواستیم اطلاعات را به گونه‌ای منتشر کنیم که برای محققان در دسترس و آشنا باشد تا بتوانند شروع به ساختن آن کنند و از همه ابزارها و منابعی که مرورگر ارائه می‌کند استفاده کنند.

ژنوم مرجع جدید T2T مکمل ژنوم مرجع استاندارد انسانی است که به عنوان کنسرسیوم مرجع ژنوم ساخت 38 (GRCh38) شناخته می شود، که منشأ آن در پروژه ژنوم انسانی با بودجه عمومی بود و از اولین پیش نویس در سال 2000 به طور مداوم به روز شده است.

هاسلر توضیح داد: “ما در حال اضافه کردن یک ژنوم کامل دوم هستیم و سپس ژنوم بیشتری وجود خواهد داشت.” “مرحله بعدی این است که به مرجع ژنوم بشریت فکر کنیم که یک توالی ژنومی واحد نیست. این یک گذار عمیق است، منادی عصر جدیدی است که در آن ما در نهایت تنوع انسانی را به روشی بی طرفانه به تصویر خواهیم کشید.”

اولین توالی کامل و بدون شکاف ژنوم انسان نواحی پنهان را نشان می دهد

تقریباً دو برابر زمان انجام 8 درصد آخر ژنوم انسان نسبت به توالی یابی 92 درصد اول طول کشید. فناوری‌های جدید آزمایشگاهی و محاسباتی سرانجام محققان ژنومی را قادر ساختند تا بر موانعی مانند توالی‌های DNA بسیار تکراری غلبه کنند و شکاف‌های باقی‌مانده را پر کنند. اعتبار: NHGRI

کنسرسیوم T2T اکنون به کنسرسیوم مرجع پانژنوم انسانی ملحق شده است که هدف آن ایجاد “مرجع پانژنوم انسانی” جدید بر اساس توالی ژنوم کامل 350 فرد است.

بندیکت پاتن، دانشیار مهندسی زیست مولکولی در UCSC، یکی از نویسندگان مقالات T2T، و یکی از رهبران این پژوهش، می‌گوید: «پانژنومیکس در مورد ثبت تنوع جمعیت انسانی است و همچنین حصول اطمینان از اینکه کل ژنوم را به درستی ثبت کرده‌ایم. تلاش پانژنومیک “بدون داشتن نقشه ای از این مناطق دشوار توالی ژنوم در چندین فرد، ما مقدار زیادی از تنوع موجود در جمعیت خود را از دست می دهیم. T2T ما را آماده می کند تا صدها ژنوم را از تلومر تا تلومر بررسی کنیم. . حتما نتیجه خوبی خواهد داشت!”

ژنوم مرجع استاندارد (GRCh38) یک فرد را نشان نمی دهد، بلکه از چندین اهداکننده جمع آوری شده است. ادغام آنها در یک دنباله خطی ساختارهای مصنوعی را در دنباله ایجاد کرد. پروژه پانژنوم انسانی این امکان را فراهم می کند که ژنوم های جدید توالی یابی شده را با چندین ژنوم کامل که نشان دهنده طیف وسیعی از اجداد انسان هستند، مقایسه کند.

یک نتیجه مهم از توالی جدید T2T امکان ارزیابی دقیق‌تر انواع ژنتیکی را فراهم می‌کند. زمانی که ژنوم‌های انسانی برای مطالعات بالینی برای درک نقش انواع ژنتیکی در بیماری یا مطالعه تنوع ژنتیکی در درون و بین جمعیت‌های انسانی توالی‌بندی می‌شوند، تقریباً همیشه با تراز کردن نتایج توالی‌یابی با ژنوم مرجع برای مقایسه آنالیز می‌شوند. تیم نوع T2T پیشرفت‌های عمده‌ای را در شناسایی و تفسیر انواع ژنتیکی با استفاده از توالی جدید T2T در مقایسه با ژنوم مرجع استاندارد انسانی ثبت کردند.

ژنوم جدید انسان در سطح پایه فوق العاده دقیق است و به ما اجازه می دهد صدها هزار نوع را که با نگاشت آنها به مرجع استاندارد اشتباه تفسیر شده اند علامت گذاری کنیم. بسیاری از این گونه های جدید در ژن هایی هستند که به بیماری کمک می کنند. ما می توانیم میگا گفت: اکنون آن‌ها را ببینید زیرا ما ژنوم مرجع کامل‌تر و دقیق‌تری داریم.

تحقیقات Miga بر روی DNA ماهواره‌ای متمرکز شده است، امتداد طولانی توالی‌های DNA تکراری که بیشتر در تلومرها و سانترومرها و اطراف آن یافت می‌شوند. سانترومرها هر کروموزوم را به یک بازوی کوتاه و یک بازوی بلند جدا می کنند و کروموزوم های تکراری را قبل از تقسیم سلولی در کنار هم نگه می دارند.

“سانترومرها نقش مهمی در نحوه جداسازی صحیح کروموزوم ها در طول تقسیم سلولی ایفا می کنند، و ما مدتی است که می دانیم که آنها در انواع بیماری های انسانی تنظیم نادرست هستند. اما ما هرگز نتوانستیم آنها را در سطح توالی مطالعه کنیم. میگا گفت. “بزرگترین بخش از توالی های جدید اضافه شده به مرجع، DNA های ماهواره ای سانترومر هستند. برای اولین بار، ما می توانیم “پایه به پایه” توالی هایی را که سانترومر را تعریف می کنند، مطالعه کنیم و می توانیم شروع به درک نحوه عملکرد آن کنیم.”

فن‌آوری‌های توالی‌یابی DNA «طولانی خوانده‌شده»، مانند توالی‌یابی نانوحفره‌ای که در UC سانتا کروز پیشگام شد، ابزارهای ضروری برای کنسرسیوم T2T بودند. دو مجموعه داده توالی خوانده شده طولانی – خواندن با وفاداری بالا (داده های HiFi از سیستم های PacBio) و خواندن بسیار طولانی که به طور معمول به طول بیش از 100000 جفت پایه می رسد (داده های بسیار طولانی از دستگاه های نانوپور آکسفورد) – به محققان T2T امکان داد تا مناطق تکراری را گسترش دهند و توسعه دهند. استراتژی هایی برای اطمینان از اینکه مونتاژ بسیار دقیق است. میتن جین و دیگر محققان موسسه ژنومیک UCSC به ایجاد پروتکل خواندن فوق العاده طولانی کمک کردند.

UC سانتا کروز دارای سابقه طولانی رهبری در ژنومیک است، که با یک جلسه مهم در سال 1985 برای بحث در مورد توالی ژنوم انسانی که در UCSC توسط صدراعظم وقت رابرت سینشایمر ​​سازماندهی شده بود، شروع شد. هاسلر در سال 1999 برای پیوستن به پروژه عمومی ژنوم انسانی دعوت شد و تیم او نقش مهمی در تکمیل آن ایفا کرد. در آن زمان، جیمز کنت، که اکنون یک دانشمند پژوهشی در موسسه ژنومیکس و مدیر پروژه UCSC Genome Browser است، یک دانشجوی کارشناسی ارشد UCSC بود. او کدی را نوشت که اولین پیش‌نویس ژنوم انسانی را از داده‌های به‌دست‌آمده توسط کنسرسیوم بین‌المللی توالی ژنوم انسانی جمع‌آوری کرد و UCSC پیش‌نویس را به‌صورت آنلاین برای دسترسی تمام جهان پست کرد. کنت سپس مرورگر ژنوم UCSC را ایجاد کرد که هنوز هم پرکاربردترین پلتفرم برای دسترسی به ژنوم انسان است.

مؤسسه ژنومیک UC سانتا کروز همچنان در خط مقدم تحقیقات ژنومیک قرار دارد و نقش اصلی را در تلاش‌های T2T و پانژنومیک ایفا می‌کند.

“کار T2T منعکس کننده تلاش های پایدار و اختصاصی بسیاری از افراد در UC سانتا کروز و جاهای دیگر است. کارن میگا برای یک دهه سخت تلاش کرده است تا توالی های سانترومر واقعی را در مجموعه های ژنوم انسان وارد کند و این سرانجام به ثمر نشست!” گفت کنت. “من از دیدن این اثر همراه با تلاش‌ها برای بدست آوردن توالی تلومر به تلومر از دیگر اجداد انسان بسیار هیجان‌زده هستم. ما به سرعت به سمت یک نمایش واقعی کامل از ژنوم انسان حرکت می‌کنیم.”

میگا یکی از نویسندگان مقاله اصلی است علوم پایه مقاله، “توالی کامل ژنوم انسان”، همراه با آدام فیلیپی در NHGRI و ایوان ایچلر در دانشگاه واشنگتن. او همچنین یکی از نویسندگان مقاله‌های مربوط به «نقشه‌های کامل ژنومی و اپی ژنتیکی سانترومرهای انسانی» و «الگوهای اپی ژنتیکی در ژنوم کامل انسان» و یکی از نویسندگان مقاله‌هایی در مورد «تکثیرات قطعه‌ای و تنوع آن‌ها در یک انسان کامل» است. ژنوم، “ژنوم مرجع کامل تجزیه و تحلیل تنوع ژنتیکی انسان را بهبود می بخشد” و “از تلومر به تلومر: وضعیت رونویسی و اپی ژنتیکی عناصر تکراری انسانی.”

سایر محققان مؤسسه ژنومیک UC سانتا کروز که از نویسندگان همکار این مقالات هستند عبارتند از بندیکت پتن، مارک دیخانز، اریک گاریسون (اکنون در مرکز علوم بهداشتی دانشگاه تنسی)، مارینا هاوکنس، میتن جین و کیشوار شافین.


ژنوم انسان بالاخره کامل شده است


اطلاعات بیشتر:
سرگئی نورک و همکاران، توالی کامل ژنوم انسان، علوم پایه (2022). DOI: 10.1126/science.abj6987. www.science.org/doi/10.1126/science.abj6987

ارائه شده توسط دانشگاه کالیفرنیا – سانتا کروز

نقل قول: اولین توالی کامل و بدون شکاف ژنوم انسان مناطق پنهان را نشان می دهد (2022، 31 مارس) در 31 مارس 2022 از https://medicalxpress.com/news/2022-03-gapless-sequence-human-genome-reveals.html بازیابی شده است.

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.