Всего 2 процента человеческого генома требуется для кодирования всех белков, которые делают возможными клеточные функции – от производства энергии до восстановления тканей.
Так что же делают остальные 98%??
Большая часть этой так называемой некодирующей ДНК контролирует экспрессию генов, включая и выключая их. Это регулирование важно, потому что каждая клетка имеет одинаковую ДНК.
Другими словами, единственное, что отличает мышечную клетку от клетки мозга, – это то, какие гены активируются.
Вот почему ученые из Мичиганского университета используют сложные вычислительные методы, чтобы исследовать, как генетические вариации в некодирующей ДНК могут повысить предрасположенность человека к определенным заболеваниям, таким как диабет и рак.
В новой статье журнала Genetics они сравнивают пять типов регуляторных регионов, которые были идентифицированы за последние несколько лет, в попытке выяснить, как эти регионы ведут себя в разных типах клеток.
"Когда люди пытаются посмотреть, как происходит регуляция генов, они смотрят на различную эпигеномную информацию с помощью секвенирования, пытаясь понять молекулярные профили," говорит ведущий автор Аруши Варшней, доктор философии.D. кандидат в генетику человека.
Эпигеномика относится к изменениям в организации генов, вызванным факторами, отличными от последовательности ДНК.
Например, исследователи недавно обнаружили, что генетические варианты – небольшие вариации в ДНК, которые делают нас уникальными, – которые связаны с заболеваниями, как правило, располагаются в областях генома, которые действуют как регуляторные элементы генов, называемые энхансерами и промоторами.
Энхансеры повышают скорость транскрипции гена, как ускоритель в автомобиле, а промоторы инициируют транскрипцию гена, как зажигание автомобиля.
"Выходил ряд статей, описывающих различные классы регуляторных элементов генов, и было неясно, как они связаны," объясняет Стивен Паркер, доктор философии.D., доцент кафедры вычислительной медицины, биоинформатики и генетики человека.
"Наша газета была первой, кто их реально сравнил," Паркер говорит. "Выяснилось, что все они разные и действуют по-разному в разных типах клеток."
Тем не менее, команда U-M также обнаружила, что генетические варианты в энхансерах, более специфичных к типу клеток, оказывают относительно небольшое влияние на их гены-мишени. Это может создать проблемы для ученых, которые сравнивают геномы тысяч людей, чтобы попытаться определить генетические вариации, связанные с признаками болезни.
Авторы U-M предполагают, что эти гены настолько важны для функции клетки, что их транскрипция строго регулируется в нормальных условиях.
"Это означает, что нам понадобится действительно большая выборка, чтобы увидеть эффекты," Паркер говорит.
Еще одно неожиданное открытие может в конечном итоге объяснить, как генетические вариации в регуляторных элементах повышают вероятность заболевания.
Варшни, Паркер и их коллеги предполагают, что энхансеры и промоторы, которые являются клеточно-специфическими, то есть они оказывают большее влияние на определенные типы клеток, могут облегчить транскрипцию в определенных условиях окружающей среды.
Похоже, они делают это, делая хроматин клетки, плотные белковые молекулы, которые ДНК оборачивает внутри ядра клетки, более доступными.
В качестве следующего шага в этом исследовании, "мы думаем, что нужно смотреть на экспрессию генов клеток в определенных условиях," Варшней говорит. "Например, если вы пытаетесь изучить диабет 2 типа, возможно, посмотрите на клетки в условиях высокого уровня глюкозы, затем посмотрите на экспрессию генов и то, как генетические варианты влияют на экспрессию генов.
"Тогда, может быть, вам лучше объяснить, как этот генетический вариант предрасполагает вас к заболеванию."