Aligerando la materia oscura en el ADN humano

Los científicos de la Universidad de California en San Diego han creado un atlas de cromatina unicelular para el genoma humano. La cromatina es un complejo de ADN և proteína que se encuentra en las células eucariotas. Las regiones de cromatina en elementos reguladores clave ocurren en configuraciones de células abiertas en ciertos núcleos celulares. Definir con precisión estas regiones de cromatina disponibles en células de diferentes tipos de tejidos humanos será un paso importante para comprender el papel de los elementos reguladores de genes (ADN no codificante) en la salud o enfermedad humana.

La investigación se publica en línea en la edición del 12 de noviembre de 2021. Celda:.

Para los científicos, el genoma humano, conocido popularmente como el «libro de la vida», no está escrito en gran medida. O al menos sin leer. Aunque la ciencia conoce (aproximadamente) la cantidad de genes que codifican todas las proteínas necesarias para crear un ser humano, aproximadamente 20,000+, esa estimación realmente no comienza a explicar exactamente cómo funciona el proceso de construcción o en caso de enfermedad. , puede desviarse.

«El genoma humano fue secuenciado hace 20 años, pero aún es difícil interpretar el significado de este libro de la vida», dijo Bing Ren, director del Centro de Epigenómica y profesor de medicina molecular celular en UC San. Diego School of Medicine անդամ Miembro del Ludwig Institute for Cancer Research, UC, San Diego.

«La razón principal es que la mayor parte de la secuencia de ADN humano, más del 98%, no es un codificador de proteínas. Todavía no tenemos un libro de códigos genéticos para abrir la información incrustada en estas secuencias».

En otras palabras, es un poco como los títulos de los capítulos, pero el resto de las páginas todavía están en blanco.

Los esfuerzos para llenar los vacíos se incorporan ampliamente en los esfuerzos internacionales en curso denominados Enciclopedia de Elementos del ADN (ENCODE), que incluye el trabajo de los socios de René և. En particular, estudiaron el papel y la función cromatinaUn complejo de proteínas que forman los cromosomas en el núcleo. células eucariotas.

El ADN lleva las instrucciones genéticas de una célula. Las proteínas básicas de la cromatina, llamadas histonas, ayudan a envolver firmemente el ADN en un huevo compacto que encaja en el núcleo celular. (Hay aproximadamente seis pies de ADN pegados en el núcleo de cada célula, aproximadamente a 10 mil millones de millas de distancia en cada cuerpo humano). Los cambios en el empaquetado del ADN de la cromatina están relacionados con la expresión de los genes de replicación del ADN.

luego trabajar con ratonesRen և y sus colegas centraron su atención en el átomo unicelular de cromatina en el genoma humano.

Probaron a más de 600.000 personas células se tomó una muestra de una variedad de 30 tipos de tejidos humanos adultos de donantes, y luego se integró con datos similares de 15 tejidos fetales para identificar el estado de la cromatina en aproximadamente 1,2 millones de CIS candidatos.elementos regulatorios 222 en diferentes tipos de células.

«Uno de los desafíos iniciales fue encontrar las mejores condiciones experimentales para una variedad tan amplia de muestras, especialmente dada la composición única de cada tejido և sensibilidad a la homogeneidad», dijo el coautor del estudio Sebastian Pricel, PhD, profesor asociado, soltero. Cell Genomics en UC San Diego Center for Epigenomics, un centro de investigación conjunto que realizó el análisis.

Los elementos reguladores cis son regiones de ADN no codificante que regulan la transcripción de genes vecinos (copiando una porción de ADN en ARN). La transcripción es el proceso esencial que convierte la información genética en acción.

«Los estudios realizados durante la última década han demostrado que las fluctuaciones en la secuencia de ADN no codificante son un factor importante de las propiedades multidimensionales de las poblaciones humanas, como la diabetes, la enfermedad de Alzheimer y las enfermedades autoinmunes», dijo el coautor del estudio, Kyle J. Golton, PhD, profesor asistente de pediatría, Universidad de California, Facultad de Medicina de San Diego.

«Un nuevo paradigma que ayuda a explicar cómo estas variantes no codificantes contribuyen a la enfermedad es que los cambios en esta secuencia interrumpen la función de los elementos reguladores de la transcripción, lo que conduce a la alteración de la expresión génica en tipos de células asociadas a enfermedades, como neuronas o células inmunes». células epiteliales. » Dijo el coautor Kay Zhang, PhD, estudiante de doctorado en el Departamento de Medicina Molecular Celular. «Sin embargo, el principal obstáculo para desbloquear la función de las opciones de riesgo sin cifrado es la falta de mapas específicos de células de elementos reguladores de la transcripción. el genoma humano»:

Rehn dijo que los nuevos hallazgos identifican tipos de células específicas de enfermedades con 240 «enfermedades» multigénicas e indican el riesgo de variantes no codificantes.

«Creemos que este recurso facilitará enormemente el estudio de los mecanismos de una amplia gama de enfermedades humanas durante muchos años».

Pricel dijo que el atlas de cromatina también permitiría a la comunidad científica identificar diferencias en el entorno tisular de los tipos de células que viven en muchos tejidos, como fibroblastos, células inmunes o células endoteliales.