في أطلس غير مسبوق ، بدأ الباحثون في رسم خريطة لكيفية تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها في خلايا مختلفة ، وهي خطوة نحو فهم أفضل للصلات بين الجينات والأمراض.
أنتج باحثون في جامعة كاليفورنيا سان دييغو أطلس كروماتين أحادي الخلية للجينوم البشري. الكروماتين مركب من الحمض النووي والبروتين الموجود في الخلايا حقيقية النواة. تظهر مناطق الكروماتين في العناصر التنظيمية للجينات الرئيسية 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.
نُشرت النتائج على الإنترنت في عدد 12 نوفمبر 2021 من زنزانة.
بالنسبة للعلماء ، فإن الجينوم البشري ، المعروف باسم “كتاب الحياة” ، غير مكتوب في الغالب. أو على الأقل غير مقروءة. في حين أن العلم قد وضع رقمًا (تقريبيًا) شهيرًا لجميع جينات ترميز البروتين المطلوبة لبناء كائن بشري ، ما يقرب من 20000+ ، فإن هذا التقدير لا يبدأ حقًا في شرح كيفية عمل عملية البناء بالضبط أو ، في حالة المرض ، قد تنحرف.
قال بينج رين ، دكتوراه ، مدير مركز علم الوراثة ، أستاذ الطب الخلوي والجزيئي في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو: “تم ترتيب تسلسل الجينوم البشري منذ 20 عامًا ، لكن تفسير معنى كتاب الحياة هذا لا يزال يمثل تحديًا”. الطب وعضو في معهد لودفيج لأبحاث السرطان في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو.
“أحد الأسباب الرئيسية هو أن غالبية تسلسل الحمض النووي البشري ، أكثر من 98 في المائة ، غير مشفر للبروتين ، وليس لدينا حتى الآن كتاب رموز جينية لإلغاء تأمين المعلومات المضمنة في هذه التسلسلات.”
بعبارة أخرى ، الأمر يشبه إلى حد ما معرفة عناوين الفصول ولكن مع بقاء باقي الصفحات فارغة.
يتم التقاط الجهود لملء الفراغات على نطاق واسع في جهد دولي مستمر يسمى موسوعة عناصر الحمض النووي (ENCODE)، وتشمل عمل رين وزملائه. على وجه الخصوص ، قاموا بالتحقيق في دور ووظيفة الكروماتين ، وهو مركب من الحمض النووي والبروتينات التي تشكل الكروموسومات داخل 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 يناسب نواة الخلية. (يوجد ما يقرب من ستة أقدام من الحمض النووي مدسوسًا في كل نواة خلية وحوالي 10 مليارات ميل في كل جسم بشري.) ترتبط التغييرات في كيفية تجميع الكروماتين للحمض النووي بتكرار الحمض النووي والتعبير الجيني.
بعد العمل مع الفئران ، حول رين والمتعاونون انتباههم إلى أطلس خلية واحدة للكروماتين في الجينوم البشري.
قاموا بتطبيق فحوصات على أكثر من 600000 خلية بشرية تم أخذ عينات منها من 30 نوعًا من الأنسجة البشرية البالغة من متبرعين متعددين ، ثم قاموا بدمج هذه المعلومات مع بيانات مماثلة من 15 نوعًا من الأنسجة الجنينية للكشف عن حالة الكروماتين في ما يقرب من 1.2 مليون عنصر تنظيمي مرشح في 222 عنصرًا متميزًا. أنواع الخلايا.
قال سيباستيان بريسل ، مؤلف مشارك في الدراسة ، حاصل على درجة الدكتوراه ، ومدير مشارك في شركة Single Cell Genomics 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 (نسخ جزء من الحمض النووي إلى RNA) من الجينات المجاورة. النسخ هو العملية الأساسية التي تحول المعلومات الجينية إلى أفعال.
“أثبتت الدراسات التي أجريت في العقد الماضي أن الاختلافات المتسلسلة في الحمض النووي غير المشفر تعد محركًا رئيسيًا في السمات والأمراض متعددة الجينات لدى البشر ، مثل مرض السكري ، مرض الزهايمر“الأمراض وأمراض المناعة الذاتية” ، قال المؤلف المشارك للدراسة كايل ج. غولتون ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في قسم طب الأطفال في كلية الطب بجامعة سان دييغو.
“النموذج الجديد الذي يساعد في تفسير كيفية مساهمة هذه المتغيرات غير المشفرة في الأمراض يفترض أن هذه التغييرات في التسلسل تعطل وظيفة العناصر التنظيمية النسخية وتؤدي إلى خلل في التعبير الجيني في أنواع الخلايا ذات الصلة بالأمراض ، مثل الخلايا العصبية أو الخلايا المناعية أو الخلايا الظهارية ،” قال المؤلف المشارك الأول Kai Zhang ، دكتوراه ، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الطب الخلوي والجزيئي. “ومع ذلك ، هناك عائق رئيسي أمام فتح وظيفة متغيرات المخاطر غير المشفرة ، وهو الافتقار إلى خرائط خاصة بنوع الخلية لعناصر تنظيم النسخ في الجينوم البشري.”
قال رن إن النتائج الجديدة تحدد أنواع الخلايا ذات الصلة بالسمات المرضية لـ 240 سمة وأمراض متعددة الجينات ، وتوضح مخاطر المتغيرات غير المشفرة.
“نعتقد أن هذا المورد سيسهل إلى حد كبير دراسة الآلية عبر مجموعة واسعة من الأمراض البشرية لسنوات عديدة قادمة.”
وقال بريسل إن أطلس الكروماتين سيسمح أيضًا للمجتمع العلمي بكشف الاختلافات الخاصة ببيئة الأنسجة لأنواع الخلايا الموجودة في أنسجة متعددة ، مثل الخلايا الليفية أو الخلايا المناعية أو الخلايا البطانية.
المرجع: “أطلس أحادي الخلية لإمكانية الوصول إلى الكروماتين في الجينوم البشري” بقلم كاي زانج ، وجيمس د. هوكر ، ومايكل ميلر ، وشياومنج هو ، وجوشوا تشيو ، وأوليفييه ب. جولتون وألين وانج وسيباستيان بريسل وبينج رين ، 12 نوفمبر 2021 ، زنزانة.
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.10.024
المؤلفون المشاركون هم: جيمس دي هوكر ويانغ إي لي ، معهد لودفيج لأبحاث السرطان وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ؛ مايكل ميلر ، و Hiaomeng Hou ، و Joshua Chiou ، و Olivier B. Poirion ، و Allen Wang ، وجميعهم في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو ؛ و Yunjiang Qiu ، معهد Ludwig لأبحاث السرطان ، La Jolla.
جاء تمويل هذا البحث ، جزئيًا ، من معهد لودفيج لأبحاث السرطان ، والمعهد القومي لأبحاث الجينوم البشري (GRANT 3U54HG006997-04S2) ، ومؤسسة المعاهد الوطنية للصحة (AMP T2D RFP14) ، ومؤسسة روث إل كيرشستين الوطنية المؤسسية جائزة البحث العلمي من المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (T32 GM008666).
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”