آخرین مطالب

روشن کردن ماده تاریک در DNA انسان —


محققان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو یک اطلس کروماتین تک سلولی برای ژنوم انسان تولید کردند. کروماتین مجموعه ای از DNA و پروتئین است که در سلول های یوکاریوتی یافت می شود. نواحی کروماتین در عناصر کلیدی تنظیم کننده ژن در پیکربندی های باز در هسته های سلولی خاص ظاهر می شوند. تعیین دقیق این نواحی کروماتین در دسترس در سلول‌های انواع مختلف بافت انسانی، گام بزرگی به سوی درک نقش عناصر تنظیم‌کننده ژن (DNA غیر کدکننده) در سلامت یا بیماری انسان خواهد بود.

یافته ها به صورت آنلاین در شماره ۱۲ نوامبر ۲۰۲۱ منتشر شده است سلول.

برای دانشمندان، ژنوم انسان که عموماً «کتاب زندگی» نامیده می‌شود، عمدتاً نانوشته است. یا حداقل خوانده نشده. در حالی که علم یک عدد (تقریبی) برای همه ژن‌های کدکننده پروتئین مورد نیاز برای ساختن یک انسان، تقریباً 20000+ تعیین کرده است، این تخمین واقعاً توضیح نمی‌دهد که فرآیند ساخت و ساز دقیقاً چگونه کار می‌کند یا در مورد بیماری. ، ممکن است خراب شود.

بینگ رن، دکترا، مدیر مرکز اپی ژنومیکس، استاد پزشکی سلولی و مولکولی در دانشکده کالیفرنیا سن دیگو گفت: “توالی ژنوم انسان 20 سال پیش تعیین شد، اما تفسیر معنای این کتاب زندگی همچنان چالش برانگیز است.” پزشکی و عضو موسسه تحقیقات سرطان لودویگ در UC San Diego.

“یک دلیل اصلی این است که اکثر توالی DNA انسان، بیش از 98 درصد، غیر کد کننده پروتئین است و ما هنوز کتاب کد ژنتیکی برای باز کردن قفل اطلاعات جاسازی شده در این توالی ها نداریم.”

به عبارت دیگر، کمی شبیه دانستن عناوین فصل است، اما بقیه صفحات هنوز خالی هستند.

تلاش‌ها برای پر کردن جاهای خالی به طور گسترده در یک تلاش بین‌المللی در حال انجام به نام دایره‌المعارف عناصر DNA (ENCODE) انجام می‌شود و شامل کار رن و همکارانش می‌شود. به طور خاص، آنها نقش و عملکرد کروماتین، مجموعه ای از DNA و پروتئین ها را که کروموزوم ها را در هسته سلول های یوکاریوتی تشکیل می دهند، بررسی کرده اند.

DNA حامل دستورالعمل های ژنتیکی سلول است. پروتئین‌های اصلی کروماتین، به نام هیستون‌ها، به بسته‌بندی محکم DNA به شکل فشرده‌ای که درون هسته سلول قرار می‌گیرد کمک می‌کنند. (تقریباً شش فوت DNA در هر هسته سلول و تقریباً 10 میلیارد مایل در بدن هر انسان وجود دارد.) تغییرات در نحوه بسته‌بندی کروماتین DNA با تکثیر DNA و بیان ژن مرتبط است.

پس از کار با موش، رن و همکارانش توجه خود را به اطلس تک سلولی کروماتین در ژنوم انسان معطوف کردند.

آنها سنجش هایی را روی بیش از 600000 سلول انسانی نمونه برداری شده از 30 نوع بافت انسان بالغ از اهداکنندگان متعدد اعمال کردند، سپس این اطلاعات را با داده های مشابه از 15 نوع بافت جنینی ادغام کردند تا وضعیت کروماتین را در حدود 1.2 میلیون عنصر تنظیم کننده سیس در 222 مجزا نشان دهند. انواع سلولی

سباستین پریسل، یکی از نویسندگان این مطالعه، دکترا، معاون مدیر ژنومیکس تک سلولی در گفت: «یکی از چالش های اولیه شناسایی بهترین شرایط آزمایشی برای چنین مجموعه متنوعی از انواع نمونه بود، به ویژه با توجه به آرایش منحصر به فرد هر بافت و حساسیت به همگن سازی. UC San Diego Center for Epigenomics، یک مرکز تحقیقاتی مشترک که سنجش‌ها را انجام داد.

عناصر تنظیم‌کننده سیس نواحی از DNA غیرکدکننده هستند که رونویسی (کپی بخشی از DNA به RNA) ژن‌های همسایه را تنظیم می‌کنند. رونویسی فرآیند ضروری است که اطلاعات ژنتیکی را به عمل تبدیل می کند.

کایل جی، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «مطالعات در دهه گذشته ثابت کرده‌اند که تغییرات توالی در DNA غیرکدکننده یک محرک کلیدی در صفات و بیماری‌های چند ژنتیکی در جمعیت‌های انسانی مانند دیابت، بیماری آلزایمر و بیماری‌های خودایمنی است. Gaulton، دکترا، استادیار گروه اطفال در دانشکده پزشکی UC San Diego.

یک الگوی جدید که به توضیح اینکه چگونه این گونه‌های غیرکدکننده به بیماری‌ها کمک می‌کنند، نشان می‌دهد که این تغییرات توالی عملکرد عناصر تنظیم‌کننده رونویسی را مختل می‌کند و منجر به اختلال در بیان ژن در انواع سلول‌های مرتبط با بیماری، مانند نورون‌ها، سلول‌های ایمنی یا سلول‌های اپیتلیال می‌شود.» نویسنده اول، کای ژانگ، دکترا، عضو فوق دکتری در گروه پزشکی سلولی و مولکولی گفت. با این حال، یک مانع اصلی برای باز کردن عملکرد انواع خطر غیرکدکننده، فقدان نقشه‌های نوع سلولی خاص از عناصر تنظیم‌کننده رونویسی در ژنوم انسان است.

رن گفت: یافته‌های جدید انواع سلول‌های مرتبط با صفت بیماری را برای 240 صفت و بیماری چند ژنتیکی شناسایی می‌کنند و خطر انواع غیرکدکننده را شرح می‌دهند.

“ما معتقدیم که این منبع تا حد زیادی مطالعه مکانیسم در طیف گسترده ای از بیماری های انسانی را برای سال های آینده تسهیل می کند.”

پریسل گفت اطلس کروماتین همچنین به جامعه علمی اجازه می دهد تا تفاوت های خاص محیط بافتی انواع سلولی را که در بافت های متعددی مانند فیبروبلاست ها، سلول های ایمنی یا سلول های اندوتلیال قرار دارند، کشف کند.

نویسندگان مشترک عبارتند از: جیمز دی. هاکر و یانگ ای. لی، موسسه تحقیقات سرطان لودویگ و دانشگاه سن دیگو. مایکل میلر، هیائومنگ هو، جاشوا چیو، اولیویه بی پویریون و آلن وانگ، همه در UC San Diego; و یونجیانگ کیو، موسسه تحقیقات سرطان لودویگ، لا جولا.