加州大学圣地亚哥分校的研究人员制作了人类基因组的单细胞染色质图谱。染色质是在真核细胞中发现的DNA和蛋白质的复合物;关键基因调控元件的染色质区域在某些细胞核内以开放结构出现。在不同人类组织类型的细胞中精确描绘这些可接近的染色质区域将是了解基因调控元件(非编码DNA)在人类健康或疾病中的作用的重要一步。
研究结果在线发表在2021年11月12日的Cell杂志上。
对于科学家来说，人类基因组，通常被称为“生命之书”，大多是不成文的。或者至少未读。虽然科学已经为构建人类所需的所有蛋白质编码基因设定了一个(近似)数字，大约20,000多个，但该估计并没有真正开始解释构建过程究竟是如何运作的，或者在疾病的情况下，它可能会出错。
“人类基因组在20年前就已被测序，但解释这本生命之书的意义仍然具有挑战性，”加州大学圣保罗分校细胞和分子医学教授、表观基因组学中心主任BingRen博士说。迭戈医学院和加州大学圣地亚哥分校路德维希癌症研究所的成员。
“一个主要原因是大部分人类DNA序列，超过98%，是非蛋白质编码的，我们还没有一本遗传密码书来解锁这些序列中嵌入的信息。”
换句话说，这有点像知道章节标题但其余页面仍然空白。
一项名为“DNA元素百科全书”(ENCODE)的正在进行的国际努力广泛地涵盖了填补空白的努力，其中包括Ren及其同事的工作。特别是，他们研究了染色质的作用和功能，染色质是一种DNA和蛋白质的复合物，在真核细胞的细胞核内形成染色体。
DNA携带细胞的遗传指令。染色质中的主要蛋白质称为组蛋白，有助于将DNA紧密包装成适合细胞核的紧凑形式。(每个细胞核中大约有6英尺长的DNA，每个人体内大约有100亿英里。)染色质捆绑DNA的方式的变化与DNA复制和基因表达有关。
在对小鼠进行研究后，任和合作者将注意力转向了人类基因组中染色质的单细胞图谱。
他们对来自多个供体的30种成人组织类型的600,000多个人类细胞进行了检测，然后将该信息与来自15种胎儿组织类型的类似数据相结合，以揭示222种不同类型中大约120万个候选顺式调节元件的染色质状态。细胞类型。
“最初的挑战之一是为如此多样化的样本类型确定最佳实验条件，特别是考虑到每种组织的独特构成和对均质化的敏感性，”研究合著者、Single副主任SebastianPreissl博士说。加州大学圣地亚哥分校表观基因组学中心的细胞基因组学，这是一个进行检测的合作研究中心。
顺式调节元件是非编码DNA的区域，用于调节相邻基因的转录(将一段DNA复制成RNA)。转录是将遗传信息转化为行动的基本过程。
“过去十年的研究已经确定，非编码DNA的序列变异是人类多基因特征和疾病的关键驱动因素，如糖尿病、阿尔茨海默病和自身免疫性疾病，”研究合著者凯尔J说。.Gaulton博士，加州大学圣地亚哥医学院儿科系助理教授。
“一种有助于解释这些非编码变异如何导致疾病的新范式认为，这些序列改变会破坏转录调控元件的功能，并导致与疾病相关的细胞类型(如神经元、免疫细胞或上皮细胞)中基因表达的失调，”共同第一作者、细胞与分子医学系博士后张凯博士说。“然而，解锁非编码风险变异功能的一个主要障碍是缺乏人类基因组中转录调控元件的细胞类型特异性图谱。”
Ren说，新发现确定了240种多基因特征和疾病的疾病特征相关细胞类型，并注释了非编码变异的风险。
“我们相信，这种资源将极大地促进未来许多年广泛人类疾病的机制研究。”
Preissl表示，染色质图谱还将允许科学界解开存在于多种组织中的细胞类型的组织环境特异性差异，例如成纤维细胞、免疫细胞或内皮细胞。
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