인간 DNA의 암흑 물질에 빛을 비추다 – ‘생명의 책’의 전례 없는 지도책

전례 없는 지도에서 연구자들은 유전자가 다른 세포에서 어떻게 켜지거나 꺼지는지 매핑하기 시작했으며, 이는 유전자와 질병 간의 연관성을 더 잘 이해하기 위한 단계입니다.

캘리포니아 대학 샌디에이고의 연구원들은 인간 게놈의 단일 세포 염색질 지도를 생성했습니다. 크로마틴은 다음에서 합성됩니다. DNA 진핵 세포에서 발견되는 단백질. 주요 유전자의 조절 요소의 염색질 영역은 특정 세포 핵 내에서 열린 구성으로 나타납니다. 다양한 유형의 인간 조직 세포에서 접근 가능한 염색질 영역을 정확하게 식별하는 것은 인간의 건강이나 질병에서 유전자 조절 요소(비코딩 DNA)의 역할을 이해하기 위한 핵심 단계가 될 것입니다.

결과는 2021년 11월 12일자 온라인판에 게재되었다. 감옥.

과학자들에게 “생명의 책”으로 알려진 인간 게놈은 대부분 기록되지 않은 상태입니다. 또는 적어도 읽지 않은. 과학은 인간을 만드는 데 필요한 모든 단백질 코딩 유전자의 유명한(대략적인) 수를 20,000개 이상에 가깝게 지정했지만 이 추정치는 실제로 구축 과정이 어떻게 작동하는지 정확히 설명하기 시작하지 않습니다. 질병에 걸릴 수 있습니다.

UCSD의 세포 및 분자 의학 교수인 유전학 센터 소장인 핑 렌(Ping Ren) 박사는 “인간 게놈은 20년 전에 시퀀싱되었지만 이 생명책의 의미를 해석하는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다.”라고 말했습니다. 캘리포니아 대학교 샌디에이고에 있는 Ludwig Institute for Cancer Research의 의학 및 회원입니다.

“주요 이유 중 하나는 98% 이상인 대부분의 인간 DNA 서열이 비단백질 코딩이고 우리는 아직 이 서열에 포함된 정보를 풀 수 있는 유전 암호 책이 없기 때문입니다.”

즉, 챕터 제목을 알아내는 것과 비슷하지만 나머지 페이지는 공백으로 남겨둡니다.

공백을 채우려는 노력은 DNA 요소 백과사전(ENCODE), Ren 및 동료의 작업을 포함합니다. 특히 진핵 세포의 핵 내에서 염색체를 구성하는 DNA와 단백질의 복합체인 염색질의 역할과 기능을 조사했다.

DNA는 세포에 대한 유전적 지시를 전달합니다. 히스톤이라고 하는 염색질의 핵심 단백질은 DNA를 세포 핵에 꼭 맞는 조밀한 모양으로 단단히 조립하는 데 도움이 됩니다. (각 세포 핵에는 대략 6피트의 DNA가 있으며 각 인체에는 약 100억 마일 떨어져 있습니다.) 염색질에서 DNA를 조립하는 방식의 변화는 DNA 복제 및 유전자 발현과 관련이 있습니다.

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쥐와 작업한 후 Ren과 공동 연구자들은 인간 게놈에서 염색질의 단일 세포 아틀라스에 관심을 돌렸습니다.

그들은 여러 기증자의 30가지 유형의 성인 인간 조직에서 샘플링한 600,000개 이상의 인간 세포에 분석을 적용한 다음 이 정보를 15가지 태아 조직 유형의 유사한 데이터와 결합하여 222개의 개별 항목에서 약 120만 후보 조절 요소의 염색질 상태를 밝혔습니다. 세포 유형.

연구 공동 저자인 Sebastian Presell, PhD 및 테스트를 수행한 공동 연구 센터인 샌디에이고 캘리포니아 대학 유전학 센터의 단일 세포 유전체학 공동 소장은 말했습니다.

시스 조절 요소는 전사를 조절하는 비암호화 DNA 영역입니다. RNA) 인접 유전자로부터. 전사는 유전 정보를 행동으로 바꾸는 기본 과정입니다.

“지난 10년 동안의 연구에 따르면 비암호화 DNA의 서열 차이가 당뇨병과 같은 인간의 다유전자 특성 및 질병의 주요 동인이라는 것이 입증되었습니다. 알츠하이머병연구 공동 저자인 Kyle J. Gulton, PhD, 샌디에이고 의과대학 소아과 조교수.

“이러한 비암호화 변이체가 질병에 어떻게 기여하는지 설명하는 데 도움이 되는 새로운 모델은 이러한 서열 변화가 전사 조절 요소의 기능을 방해하고 뉴런, 면역 세포 또는 상피와 같은 질병 관련 세포 유형에서 결함 있는 유전자 발현을 유도한다고 가정합니다. 공동 제1저자인 Kai Zhang 박사는 세포 및 분자 의학과의 박사후 연구원입니다. “그러나 비암호화 위험 변이체의 기능을 잠금 해제하는 주요 장벽은 인간 게놈의 전사 조절 요소에 대한 세포 유형별 지도가 없다는 것입니다.”

새로운 발견은 240개의 다유전자 형질 및 질병의 병리학적 특징과 관련된 세포 유형을 확인하고 비암호화 변이체의 위험을 설명한다고 Ren은 말했습니다.

“우리는 이 자원이 앞으로 수년 동안 광범위한 인간 질병에 대한 메커니즘 연구를 크게 촉진할 것이라고 믿습니다.”

크로마틴 아틀라스는 또한 과학계가 섬유아세포, 면역 세포 또는 내피 세포와 같은 여러 조직에서 발견되는 세포 유형에 대한 조직 환경별 차이점을 밝힐 수 있게 해줄 것이라고 Prissell은 말했습니다.

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참조: Kai Zhang, James de Hooker, Michael Miller, Xiaoming Hu, Joshua Chiu 및 Olivier B의 “인간 게놈의 염색질 접근성에 대한 단세포 아틀라스”. Gulton, Allen Wang, Sebastian Presel 및 Bing Ren, 2021년 11월 12일, 여기에서 사용 가능. 감옥.
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.10.024

공동 저자: James D. Hooker 및 Yang E. Lee, Ludwig Institute for Cancer Research 및 University of California, San Diego; Michael Miller, Hiaomeng Hou, Joshua Chiou, Olivier B. Poirion, Allen Wang, 모두 UCSD; 및 Yunjiang Qiu, Ludwig Institute for Cancer Research, La Jolla.

이 연구를 위한 자금은 부분적으로 Ludwig Institute for Cancer Research, National Human Genome Research Institute(GRANT 3U54HG006997-04S2), National Institutes of Health(AMP T2D RFP14), Ruth L. Foundation for Scientific Research에서 나왔습니다. 국립 일반 의학 연구소에서 수상 (T32).GM008666).

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