Menjelaskan materi gelap dalam DNA manusia

Para peneliti di University of California, San Diego telah menghasilkan atlas kromatin sel tunggal dari genom manusia. Kromatin adalah kompleks DNA dan protein yang ditemukan dalam sel eukariotik. Daerah kromatin dari elemen pengatur gen kunci muncul dalam konfigurasi terbuka dalam inti sel tertentu. Identifikasi akurat daerah kromatin yang dapat diakses dalam sel dari berbagai jenis jaringan manusia akan menjadi langkah kunci menuju pemahaman peran elemen pengatur gen (DNA non-coding) dalam kesehatan atau penyakit manusia.

Hasilnya dipublikasikan secara online dalam edisi 12 November 2021 Sel penjara.

Bagi para ilmuwan, genom manusia, yang dikenal sebagai “buku kehidupan”, sebagian besar tidak tertulis. Atau setidaknya belum dibaca. Sementara sains telah menempatkan jumlah (perkiraan) yang terkenal dari semua gen penyandi protein yang dibutuhkan untuk membangun manusia, mendekati 20.000+, perkiraan ini tidak benar-benar mulai menjelaskan dengan tepat bagaimana proses pembangunan bekerja atau, dalam kasus penyakit, itu mungkin salah.

kata Ping Ren, PhD, direktur Pusat Genetika, profesor kedokteran seluler dan molekuler di Fakultas Kedokteran Universitas California San Diego dan anggota Institut Penelitian Kanker Ludwig di UCSD.

“Salah satu alasan utama adalah bahwa sebagian besar urutan DNA manusia, lebih dari 98 persen, adalah pengkodean non-protein, dan kami belum memiliki buku kode genetik untuk membuka informasi yang tertanam dalam urutan ini.”

Dengan kata lain, ini seperti mencari tahu judul bab tetapi dengan sisa halaman dibiarkan kosong.

Upaya untuk mengisi bagian yang kosong dilaporkan secara luas dalam upaya internasional yang sedang berlangsung yang disebut Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE), dan termasuk karya Ren dan rekan. Secara khusus, mereka menyelidiki peran dan fungsi dari kromatin, yang merupakan kompleks DNA dan protein yang membentuk kromosom di dalam nukleus sel eukariotik.

DNA membawa instruksi genetik untuk sel. Protein kunci dalam kromatin, yang disebut histon, membantu menyusun DNA dengan erat menjadi bentuk yang kompak yang sesuai dengan inti sel. (Ada sekitar enam kaki DNA yang tersimpan di setiap inti sel dan sekitar 10 miliar mil jauhnya di setiap tubuh manusia.) Perubahan dalam cara kromatin merakit DNA terkait dengan replikasi DNA dan ekspresi gen.

setelah, setelah Bekerja dengan tikusRen dan kolaborator mengalihkan perhatian mereka ke atlas sel tunggal kromatin dalam genom manusia.

Mereka menerapkan pengujian ke lebih dari 600.000 orang sel 30 jaringan manusia dewasa diambil sampelnya dari beberapa donor, dan informasi ini kemudian digabungkan dengan data serupa dari 15 jenis jaringan janin untuk mengungkapkan status kromatin pada sekitar 1,2 juta cis-filter.elemen organisasi dalam 222 jenis sel yang berbeda.

Rekan penulis studi Sebastian Presel, PhD, dan co-director Single Cell Genomics di UC San Diego Center for Epigenomics, sebuah pusat penelitian kolaboratif yang melakukan tes, mengatakan.

Elemen pengatur cis adalah daerah non-coding DNA yang mengatur transkripsi (penyalinan sebagian DNA menjadi RNA) gen tetangga. Transkripsi adalah proses dasar yang mengubah informasi genetik menjadi tindakan.

“Studi dalam dekade terakhir telah menunjukkan bahwa variasi urutan DNA noncoding adalah pendorong utama sifat poligenik dan penyakit pada manusia, seperti diabetes, penyakit Alzheimer dan penyakit autoimun,” kata rekan penulis studi Kyle J. Gulton, Ph.D., asisten profesor di departemen pediatri di University of California, San Diego School of Medicine.

“Sebuah model baru yang membantu menjelaskan bagaimana varian non-coding ini berkontribusi terhadap penyakit menyatakan bahwa perubahan urutan ini mengganggu fungsi elemen pengatur transkripsi dan menyebabkan ekspresi gen yang rusak pada jenis sel yang berhubungan dengan penyakit, seperti neuron, sel imun, atau sel epitel. sel,” kata penulis. Peserta pertama Kai Zhang, PhD, adalah rekan pascadoktoral di Departemen Kedokteran Seluler dan Molekuler. “Penghalang utama untuk membuka kunci fungsionalitas varian risiko non-coding, bagaimanapun, adalah kurangnya pemetaan khusus tipe sel dari elemen pengatur transkripsi di gen manusia. ”

Temuan baru mengidentifikasi jenis sel yang relevan dengan fitur patologis dari 240 sifat dan penyakit poligenik, dan menggambarkan risiko varian non-coding, kata Ren.

“Kami percaya sumber daya ini akan sangat memudahkan studi mekanisme di berbagai penyakit manusia selama bertahun-tahun yang akan datang.”

Atlas kromatin juga akan memungkinkan komunitas ilmiah untuk mengungkap perbedaan dalam lingkungan jaringan untuk jenis sel yang ditemukan di beberapa jaringan, seperti fibroblas, sel kekebalan atau sel endotel, kata Presel.