Атлас некодирующей ДНК
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали атлас хроматина для генома человека. Хроматин – это комплекс ДНК и гистоновых белков в эукариотических клетках; различные конфигурации хроматина регуляторных генах изменяют экспрессию близлежащих генов. Точное определение этих фрагментов хроматина в клетках различных типов тканей человека стало бы важным шагом на пути к пониманию роли регуляторных элементов генов (некодирующей ДНК) в здоровье или заболеваниях человека.
Геном человека был секвенирован 20 лет назад, но интерпретация этих данных по-прежнему остается сложной задачей. Известно приблизительное число всех человеческих генов, кодирующих белки, – примерно 20 000. Но эта информация на самом деле не объясняет, как именно работает процесс строительства клеток и почему при заболеваниях он нарушается. Сложность заключается в том, что большая часть последовательности ДНК человека – более 98% – не кодирует белки, и расшифровать информацию, встроенную в эти последовательности очень тяжело.
Международные усилия по изучению некодирующей ДНК отражены в Энциклопедии элементов ДНК (Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE). В частности, были изучены роль и функции хроматина – комплекса ДНК и гистонов, которые образуют хромосомы в ядрах эукариотических клеток.
ДНК несет в себе генетические инструкции клетки. Гистоны – это белки в хроматине, которые помогают плотно упаковывать нить ДНК в компактную форму, чтобы она помещалась в ядре клетки. Изменения в конфигурации хроматина сказываются на репликации ДНК и экспрессии генов.
Исследователи провели анализ более 600 000 человеческих клеток, отобранных из 30 типов тканей от нескольких взрослых доноров, затем объединили эту информацию с аналогичными данными из 15 типов тканей плода, чтобы определить состояние хроматина примерно в 1,2 миллиона цис-регуляторных элементов-кандидатов в 222 различных типах клеток.
Цис-регуляторные элементы – это области некодирующей ДНК, которые регулируют транскрипцию (копирование сегмента ДНК в РНК) соседних генов. Транскрипция – важнейший процесс, который преобразует генетическую информацию в действие.
Исследования, проведенные в последнее десятилетие, установили, что вариации последовательностей в некодирующей ДНК являются ключевой движущей силой мультигенных признаков и заболеваний, таких как сахарный диабет, болезнь Альцгеймера и аутоиммунные заболевания.
Новая парадигма, которая помогает понять, как некодирующие гены способствуют заболеваниям, предполагает, что изменения последовательности нарушают функцию регуляторных элементов и приводят к нарушению экспрессии генов в соответствующих заболеванию типах клеток, например, нейронах, иммунных или эпителиальных клетках. Однако препятствием для понимания функции некодирующих вариантов риска является отсутствие специфичного для разных типов клеток списка регуляторных элементов в геноме человека.
В результате настоящего исследования идентифицированы типы клеток, соответствующие признакам заболевания, для 240 мультигенных признаков и заболеваний и описан риск некодирующих вариантов.
Данный ресурс значительно облегчит изучение механизмов широкого спектра заболеваний человека. Атлас хроматина также позволит научному сообществу выявить специфические для окружающей среды различия типов клеток, которые находятся в нескольких тканях, например, фибробластов, иммунных или эпителиальных клеток.
Статья K.Zhang et al. A single-cell atlas of chromatin accessibility in the human genome.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UC San Diego: Illuminating Dark Matter in Human DNA.