إلقاء الضوء على المادة المظلمة في الحمض النووي البشري

أنتج باحثون في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو أطلس كروماتين أحادي الخلية للجينوم البشري. الكروماتين هو مركب من الحمض النووي والبروتينات الموجودة في الخلايا حقيقية النواة. تظهر مناطق الكروماتين في العناصر التنظيمية الرئيسية للجين في تكوينات مفتوحة داخل نوى خلية معينة. سيكون التحديد الدقيق لمناطق الكروماتين التي يمكن الوصول إليها في خلايا من أنواع مختلفة من الأنسجة البشرية خطوة رئيسية نحو فهم دور العناصر التنظيمية للجينات (الحمض النووي غير المشفر) في صحة الإنسان أو المرض.

تم نشر النتائج على الإنترنت في عدد 12 نوفمبر 2021 من زنزانة.

بالنسبة للعلماء ، فإن الجينوم البشري ، الذي يشار إليه عمومًا باسم “كتاب الحياة” ، غير مكتوب إلى حد كبير. أو على الأقل غير مقروءة. في حين أن العلم قد خصص عددًا (تقريبيًا) لجميع الجينات التي تشفر البروتينات اللازمة لبناء إنسان ، حوالي 20000+ ، فإن هذا التقدير لا يبدأ حقًا في شرح كيفية عمل عملية البناء بالضبط. أو ، في حالة المرض . ، يمكن أن تسوء.

قال بنج رين ، دكتوراه ، مدير مركز علم الوراثة ، أستاذ الطب الخلوي والجزيئي في جامعة كاليفورنيا سان . مدرسة دييغو للطب وعضو معهد لودفيغ لأبحاث السرطان في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو.

“أحد الأسباب الرئيسية هو أن غالبية تسلسل الحمض النووي البشري ، أكثر من 98٪ ، لا يرمز للبروتينات ، وليس لدينا حتى الآن كتاب رموز جينية لإلغاء تأمين المعلومات في هذه التسلسلات.”

بمعنى آخر ، يشبه الأمر إلى حد ما معرفة عناوين الفصول ولكن مع بقاء باقي الصفحات فارغة.

الجهود المبذولة لملء الفراغات يتم التقاطها إلى حد كبير في جهد دولي مستمر يسمى موسوعة عناصر الحمض النووي (ENCODE) ، وتشمل عمل رين وزملائه. على وجه الخصوص ، درسوا دور ووظيفة الكروماتينية، وهو مركب من الحمض النووي والبروتينات التي تشكل الكروموسومات في نوى الخلايا حقيقية النواة.

يحمل الحمض النووي التعليمات الجينية للخلية. تساعد البروتينات الرئيسية في الكروماتين ، والتي تسمى الهستونات ، على تجميع الحمض النووي بإحكام في شكل مضغوط يتناسب مع نواة الخلية. (يوجد حوالي ستة أقدام من الحمض النووي في كل نواة خلية وحوالي 10 مليارات ميل في كل جسم بشري). التغييرات في الطريقة التي ترتبط بها مجموعات الكروماتين DNA بتكاثر الحمض النووي والتعبير الجيني.

بعد، بعدما العمل مع الفئرانووجه رين وزملاؤه انتباههم إلى أطلس أحادي الخلية للكروماتين في الجينوم البشري.

قاموا بتطبيق الاختبارات على أكثر من 600000 شخص الخلايا تم أخذ عينات من 30 نوعًا من الأنسجة البشرية البالغة من متبرعين متعددين ، ثم دمج هذه المعلومات مع بيانات مماثلة من 15 نوعًا من الأنسجة الجنينية للكشف عن حالة الكروماتين لحوالي 1.2 مليون مرشح من رابطة الدول المستقلة.العناصر التنظيمية في 222 نوعًا مختلفًا من الخلايا.

قال سيباستيان بريسل ، مؤلف مشارك في الدراسة ، “كان أحد التحديات الأولية هو تحديد أفضل الظروف التجريبية لمجموعة متنوعة من أنواع العينات ، خاصة بالنظر إلى التركيب الفريد والحساسية لمجانسة كل نسيج”. مدير مشارك منفرد. علم الجينوم الخلوي في مركز جامعة كاليفورنيا في سان دييغو لعلم الوراثة ، وهو مركز بحث تعاوني أجرى الاختبارات.

العناصر التنظيمية لرابطة الدول المستقلة هي مناطق من الحمض النووي غير المشفر تنظم النسخ (نسخة من جزء من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي) للجينات المجاورة. النسخ هو العملية الأساسية التي تحول المعلومات الجينية إلى أفعال.

قال كايل جيه ، المؤلف المشارك للدراسة: “لقد أثبتت الدراسات التي أجريت على مدار العقد الماضي أن الاختلافات المتسلسلة في الحمض النووي غير المشفر هي محرك رئيسي للصفات والأمراض متعددة الجينات في البشر ، مثل مرض السكري ومرض الزهايمر وأمراض المناعة الذاتية”. . غولتون ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في قسم طب الأطفال ، كلية الطب بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو.

“النموذج الجديد الذي يساعد في تفسير كيفية مساهمة هذه المتغيرات غير المشفرة في المرض يفترض أن هذه التغييرات التسلسلية تعطل وظيفة العناصر التنظيمية النسخية وتؤدي إلى تعطيل التعبير الجيني في أنواع الخلايا ذات الصلة بالمرض. المرض ، مثل الخلايا العصبية ، المناعة الخلايا أو الخلايا الظهارية. قال المؤلف المشارك الأول Kai Zhang ، دكتوراه ، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الطب الخلوي والجزيئي. “العقبة الرئيسية التي تحول دون فتح وظيفة متغيرات المخاطر غير المشفرة هي الافتقار إلى خرائط خاصة بنوع الخلية لعناصر تنظيم النسخ في الجسم. الجينات البشرية. ”

قال رن إن النتائج الجديدة تحدد أنواع الخلايا ذات الصلة بسمات المرض لـ 240 سمة وأمراض متعددة الجينات ، وتوضح مخاطر المتغيرات غير المشفرة.

“نعتقد أن هذا المورد سيسهل بشكل كبير دراسة آليات مجموعة واسعة من الأمراض البشرية لسنوات عديدة قادمة.”

قال بريسل إن أطلس الكروماتين سيسمح أيضًا للمجتمع العلمي بفصل الاختلافات الخاصة ببيئة الأنسجة لأنواع الخلايا الموجودة في أنسجة متعددة ، مثل الخلايا الليفية أو الخلايا المناعية أو الخلايا البطانية.