Наша ДНК может закодировать все инструкции, должен был построить человеческое тело и сохранить его управлением, но каждая из наших камер должна следовать просто за подмножеством тех инструкций для органа для работы должным образом. Благодаря $300 миллионам, Национальные Институты Здоровья (NIH) Дорожная карта Проект Epigenomics, исследователи теперь идентифицировали большинство химических признаков на ДНК и ее примесных белках, влияющих на функцию гена, и помощь определяют больше чем 100 различных видов клеток человека.
Знание этих так называемых эпигенетических модификаций уже привело к новому пониманию болезни Альцгеймера, рака и развития.Сотни публикаций уже использовали эпигенетические данные, которые проект собрал за прошлые 8 лет, и сегодня, больше чем 20 отчетов появляются по своей природе и его связанные журналы.
Наводнение исследований отмечает официальный конец проекта, но исследователи предсказывают, что будут использовать его информацию о том, как гены отрегулированы в течение многих последующих лет.«Действительность – то, что это очень сложно для понимания генетического основания болезни», говорят Джанин Лэсалл, epigeneticist в Калифорнийском университете (UC), Дэвисе, не вовлеченном в проект. Из-за его сложности, «действительно важно иметь Дорожную карту».
Когда геном человека был расшифрован больше чем десятилетие назад, исследователи уже знали, что был слой контроля к функции гена вне последовательности ДНК: эпигеном. «Эпитаксиальный слой» означает «на, на, в, или рядом» и включает молекулы, запирающиеся на ДНК или придерживающиеся протеинов, окружающих ДНК и составляющих хромосому. Эти химические признаки включают так называемый метил или ацетильные группы; они не изменяют саму последовательность ДНК, но они могут заставить ДНК поблизости свернуться или развернуться, блокировав доступ к гену, таким образом, это не может включить, или демонстрация гена, таким образом, это может быть активизировано. При этом эпигеном помогает определить гены, которые клетка может использовать, поворачивая его, например, в клетку печени или нейрон.«Путем изучения эпигеномов клеток мы приезжаем для приобретения знаний о том, как они стали, каковы они», говорит Кристофер Гласс, ученый геномики из Сан-Диего UC, не вовлеченный в работу.
И в отличие от последовательности генома человека, эпигеном может с готовностью измениться в ответ на диету, болезнь, и факторы окружающей среды, позволив клеткам — и поэтому орган — приспосабливаться к новым условиям.Но до недавнего времени, эпигеномы было трудно расшифровать.
Более ранний NIH-финансируемый проект под названием КОДИРУЕТ, помог развить несколько эффективных методов для определения эпигеномов путем маркировки мест вдоль каждой хромосомы где метиловые группы и другие эпигенетические приложенные модификации. Но тот проект сосредоточился на так называемых клеточных линиях, увековеченных версиях клеток, которые могут вырасти неопределенно в блюдах лаборатории. Те клетки не обязательно точно отражают то, что происходит в нормальных клетках, Стекло говорит, таким образом, проект Дорожной карты вместо этого исследовал образцы, взятые от органа непосредственно, такие как клетки от сердца, печени, почки, мышцы, кишечника, кожи, жира, и мозга, а также эмбриональной ткани.
Кроме того, некоторые следователи проекта проверили несколько видов исходных клеток и даже испытали исходные клетки, когда они дифференцировались в невроциты или другие ткани.Когда бригады были сделаны, нанеся на карту и сравнив эпигеномы этих 111 тканей и клеток, они смогли определить активные и бездействующие регионы каждого генома типа клетки.
Они также смогли точно определить активную регулирующую ДНК, названную усилителями, находящимися под влиянием эпигенетических признаков и контроля, где и когда различные гены выражены. В любом данном типе клетки приблизительно 5% эпигенома регулируют экспрессию гена, отчет Мэнолис Келлис, вычислительный ученый из Широкого Института в Кембридже, Массачусетс и его коллеги онлайн сегодня по своей природе.
Дальнейшие исследования указали, что усилители, определенные для определенных типов клетки «, кажется, где основное действие для болезни», заявляет Ла-Саль. Эти усилители часто располагаются, где крупномасштабные демографические исследования генетического изменения — так называемые исследования ассоциации всего генома — точно определяют повышенный риск болезни.
Kellis и его коллеги также сочли удивление в усилителях связанным с болезнью Альцгеймера. Они посмотрели на эпигеном и образцы экспрессии гена в клетках головного мозга мыши, когда они подверглись вырождению, сродни болезни Альцгеймера.
Они тогда сравнили то, что они нашли с эпигеномом и активностью гена мозгов недавно умерших пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера. Анализ показал, что усилители и гены, вовлеченные в деятельность нервной системы, имели тенденцию становиться менее активными и у больной мыши и у человека, но это усилители, включающие гены иммунного ответа, увеличило скорость.
«Это не то, что мы предсказали бы при болезни Альцгеймера и можем быть новой морщиной, которая могла бы быть полезной» для того, чтобы понять или лечить заболевание, говорят Хенк Штунненберг, epigenomicist в университете Radboud в Неймегене, Нидерланды, кто не был связан с работой. Добавляет Стекло: «Мозговые исследования предполагают, что это могло быть очень ценным подходом для приближения ко многим сложным болезням продвижение».Бин Жэнь, молекулярный генетик в отделении Сан-Диего Института Людвига Исследований рака, и коллеги изучил другой важный аспект эпигенома.
Для вписывания в ядро ДНК плотно свернута, но разворачивает в некоторых пятнах, чтобы позволить определенным генам быть активизированными. Его группа нанесла на карту эти образцы сворачивания в развитии исходных клеток и нашла, что они изменяются вполне немного в некоторых местах.
Работа указывает, что усилители играют важную роль в формировании 3D структуры ДНК, отчетов бригады.Во многих отношениях, хотя официально, Дорожная карта Проект Epigenomics является только началом.
Существуют сотни других типов клетки, ждущих, чтобы быть нанесенными на карту, а также быть изученными при различных условиях и в различных моментах времени, и международный консорциум установил его достопримечательности при генерации 1 000 эпигеномов за следующие несколько лет. И там много остается, чтобы быть сделанным с информацией, уже собранной, говорит Стекло.
Несмотря на то, что «это усилие генерировало огромный объем данных, они оставили большую часть работы испытания гипотез [сгенерированной] для людей, которые прочитают эти газеты».