Команда Человек Геном Проект показал, что ~1-2% наших геном производит функциональные белки, в то время как роль остальных 98-99% остается загадочной. Исследователи попытались раскрыть тайны, окружающие это явление, и эта статья проливает свет на наше понимание его роли и последствий для человечества. человек здоровье и болезни.
С того времени, как Человек Геном Проект (HGP) завершен в апреле 2003 г.1считалось, что, зная всю последовательность человек геном, состоящий из 3 миллиардов пар оснований или «пар букв», геном станет открытой книгой, с помощью которой исследователи смогут точно определить, как сложный организм как человек Будучи работами, которые в конечном итоге приведут к обнаружению нашей предрасположенности к различным видам заболеваний, они улучшат наше понимание того, почему возникают болезни, а также поиск лекарств от них. Однако ситуация стала очень запутанной, когда ученым удалось расшифровать лишь часть (всего ~1-2%) того, что составляет функциональные белки, определяющие наше фенотипическое существование. Роль 1-2% ДНК в создании функциональных белков соответствует центральной догме молекулярной биологии, которая гласит, что ДНК сначала копируется для создания РНК, особенно мРНК, посредством процесса, называемого транскрипцией, за которым следует производство белка мРНК путем трансляции. Говоря языком молекулярного биолога, это 1-2% человек геном кодирует функциональные белки. Остальные 98-99% называются «мусорной ДНК» или «темной ДНК». вопроскоторый не производит ни одного из упомянутых выше функциональных белков и каждый раз перевозится как «багаж». человек бытие рождается. Чтобы понять роль остальных 98-99% геном, проект ENCODE (ЭНЦИКЛОПЕДИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ДНК)2 был запущен в сентябре 2003 года Национальным Человек Геном Научно-исследовательский институт (НХГРИ).
Результаты проекта ENCODE показали, что большинство темных вопрос'' состоит из некодирующих последовательностей ДНК, которые действуют как важные регуляторные элементы, включая и выключая гены в разных типах клеток и в разные моменты времени. Пространственное и временное действие этих регуляторных последовательностей до сих пор не совсем ясно, поскольку некоторые из них (регуляторные элементы) расположены очень далеко от гена, на который они действуют, тогда как в других случаях они могут быть близко друг к другу.
Состав некоторых регионов человек геном было известно еще до запуска Человек Геном Проект в этом ~8% человек геном происходит от вирусного геномы встроено в нашу ДНК как человек эндогенные ретровирусы (HERV)3. Эти HERV участвуют в обеспечении врожденного иммунитета к людей действуя в качестве регуляторных элементов для генов, контролирующих иммунную функцию. Функциональная значимость этих 8% была подтверждена результатами проекта ENCODE, который показал, что большинство «темных» вопрос выполняет функции регуляторных элементов.
В дополнение к выводам проекта ENCODE, имеется огромное количество исследовательских данных за последние два десятилетия, предполагающих правдоподобную регулирующую и развивающую роль «темных сил». вопрос'. С использованием Геном-общие ассоциативные исследования (GWAS) показали, что большинство некодирующих областей ДНК связаны с общими заболеваниями и признаками.4 и вариации в этих областях функционируют, чтобы регулировать начало и тяжесть большого количества сложных заболеваний, таких как рак, болезни сердца, расстройства мозга, ожирение, среди многих других.5,6. Исследования GWAS также показали, что большинство этих некодирующих последовательностей ДНК в геноме транскрибируются (преобразуются в РНК из ДНК, но не транслируются) в некодирующие РНК, и нарушение их регуляции приводит к различным болезням.7. Это предполагает способность некодирующих РНК играть регулирующую роль в развитии заболевания.8.
Кроме того, часть темной материи остается некодирующей ДНК и регулирует функцию энхансеров. Как следует из этого слова, эти энхансеры действуют путем усиления (увеличения) экспрессии определенных белков в клетке. Это было показано в недавнем исследовании, в котором усиливающие эффекты некодирующей области ДНК делают пациентов восприимчивыми к сложным аутоиммунным и аллергическим заболеваниям, таким как воспалительное заболевание кишечника.9,10, тем самым приводя к идентификации новой потенциальной терапевтической мишени для лечения воспалительных заболеваний. Усилители темной материи также участвовали в развитии мозга, и исследования на мышах показали, что удаление этих областей приводит к аномалиям в развитии мозга.11,12. Эти исследования могут помочь нам лучше понять сложные неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Также было показано, что «темная материя» играет роль в развитии рака крови.13 такие как хронический миелоцитарный лейкоз (ХМЛ) и хронический лимфолейкоз (ХЛЛ).
Таким образом, «темная материя» представляет собой важную часть человек геном чем предполагалось ранее, и оказывает непосредственное влияние человек здоровье играя регулирующую роль в развитии и возникновении человек заболевания, описанные выше.
Означает ли это, что вся «темная материя» либо транскрибируется в некодирующие РНК, либо играет роль энхансера в качестве некодирующей ДНК, действуя в качестве регуляторных элементов, связанных с предрасположенностью, возникновением и вариациями различных заболеваний, вызывающих людей? Исследования, проведенные до сих пор, показывают сильное преобладание одних и тех же, и новые исследования в ближайшие годы помогут нам точно очертить функцию всей «темной материи», что приведет к идентификации новых целей в надежде найти лекарство от этой проблемы. изнурительные болезни, от которых страдает человечество.
Ссылки:
1. «Завершение проекта «Геном человека: часто задаваемые вопросы». Национальный человеческий Геном Научно-исследовательский институт (НХГРИ). Доступно онлайн по адресу https://www.genome.gov/human-genome-project/Completion-FAQ Доступ 17 мая 2020 г.
2. Смит Д., 2017. Загадочные 98%: ученые стремятся пролить свет на «темный геном». Доступно в Интернете по адресу https://phys.org/news/2017-02-mysterious-scientists-dark-genome.html Доступ 17 мая 2020 г.
3. Сони Р., 2020. Люди и вирусы: краткая история их сложных взаимоотношений и последствий для COVID-19. Scientific European Опубликовано 08 мая 2020 г. Доступно на сайте https://www.scientificeuropean.co.uk/humans-and-viruses-a-brief-history-of-their-complex-relationship-and-implications-for-COVID-19 Доступ 18 мая 2020 г.
4. Maurano MT, Humbert R, Rynes E, et al. Систематическая локализация общих вариаций в регуляторной ДНК, связанных с заболеванием. Наука. 2012 7 сентября; 337 (6099): 1190-5. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1222794
5. Каталог опубликованных исследований общегеномных ассоциаций. http://www.genome.gov/gwastudies.
6. Хиндорф Л.А., Сетупати П. и др. 2009. Возможные этиологические и функциональные последствия полногеномных ассоциативных локусов для болезней и признаков человека. Proc Natl Acad Sci US A. 2009, 106: 9362-9367. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0903103106
7. Сен-Лоран Г., Вяткин Ю. и Капранов П. РНК темной материи проливает свет на загадку полногеномных ассоциативных исследований. BMC Med 12, 97 (2014). DOI: https://doi.org/10.1186/1741-7015-12-97
8. Мартин Л., Чанг Х.Й. Раскрытие роли геномной «темной материи» в болезнях человека. J Clin Invest. 2012;122 (5): 1589-1595. https://doi.org/10.1172/JCI60020
9. Институт Бабрахама 2020. Раскрытие того, как области генома «темной материи» влияют на воспалительные заболевания. Опубликовано 13 мая 2020 г. Доступно онлайн по адресу https://www.babraham.ac.uk/news/2020/05/uncovering-how-dark-matter-regions-genome-affect-inflammatory-diseases Доступ 14 мая 2020 г.
10. Насралла Р., Имиановски С.Дж., Боссини-Кастильо Л. и др. 2020. Дистальный энхансер в локусе риска 11q13.5 способствует подавлению колита с помощью Treg-клеток. Природа (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2296-7
11. Dickel, DE et al. 2018. Для нормального развития необходимы ультраконсервированные энхансеры. Cell 172, Issue 3, P491-499.E15, 25 января 2018 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.017
12. ДНК «темной материи» влияет на развитие мозга. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-018-00920-x
13. Темная материя: определение тонких форм рака крови с использованием самой темной ДНК. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007332
