"Junk-DNA" spielt eine entscheidende Rolle bei menschlichen Krankheiten

Viel mehr von unserem Genom ist biologisch aktiv als bisher angenommen - etwa 80% - hat ein internationales Team mit über 400 Wissenschaftlern gestern bekannt gegeben. Die Forscher erklärten, dass nur etwa 1% unseres Genoms Genregionen hat, die für Proteine ??kodieren, was sie dazu gebracht hat, sich zu fragen, was mit dem Rest der DNA passiert. Jetzt, da wir wissen, dass vier Fünftel des Genoms biochemisch aktiv sind, auf eine Weise, die die Expression naher Gene reguliert, erkennen Genetiker, dass viel weniger unseres Genoms aus Junk-DNA besteht, wie man früher glaubte.
9 Experten glauben, dass diese neuen Erkenntnisse uns helfen werden, besser zu verstehen, wie sich verschiedene Krankheiten entwickeln und sich verhalten, was zu effektiveren und gezielteren Behandlungen führen kann.
Das menschliche Genom hat doppelt so viele Gene wie bisher angenommen. Viele der bisher unbekannten Gene spielen eine Rolle bei der zellulären Kontrolle, was sich auf die Entwicklung menschlicher Krankheiten auswirken kann.
Das internationale Konsortium von Wissenschaftlern analysierte und experimentierte mit der Sequenzierung von Daten aus 140 verschiedenen Arten von menschlichen Zellen und identifizierte Tausende von DNA-Regionen, die dabei helfen, die Aktivitäten unserer Gene zu steuern.
Manolis Kellis, Associate Professor für Informatik am MIT, und Co-Autor eines Berichts, der in mehreren wissenschaftlichen Zeitschriften erschienen ist, darunter Natur, sagte:

"Menschen sind zu 99,9 Prozent identisch, und Sie haben nur einen Unterschied zwischen 300 und 1000 Nukleotiden. Mit ENCODE können Sie eine Annotation darüber erstellen, was jedes Nukleotid des Genoms macht, damit wir es bei Mutationen können einige Vorhersagen über die Folgen der Mutation machen. "

Was ist ENCODE?

KODIEREN (Encyclopedia of DNA Elements) ist ein öffentliches Forschungskonglomerat, das vom National Human Genome Research Institute (NHGRI) in den USA und dem EMBL-European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) im Vereinigten Königreich im Jahr 2003 ins Leben gerufen wurde alle funktionellen Komponenten des menschlichen Genoms. Das NHGRI und das EMBL-EBI haben zugesagt, alle Projektdaten sofort in öffentlichen Datenbanken zu veröffentlichen.

Was Wissenschaftler zunächst für Junk-DNA hielten, ist tatsächlich biochemisch aktiv.Eines der Ziele von ENCODE war es, das menschliche Genom über Protein-kodierende Gene hinaus besser zu verstehen. Wissenschaftler können dies tun, indem sie die chemischen Veränderungen untersuchen, die in einzelnen Abschnitten der DNA auftreten - diese Abschnitte kontrollieren, wann bestimmte genetische Regionen aktiv werden. Die chemischen Veränderungen variieren je nach Zelltyp und können die DNA direkt oder nur die Histonproteine, die die DNA umgibt, verändern.
Ein Pilotprojekt wurde 2007 veröffentlicht, das 1% des menschlichen Genoms untersucht hatte.
Um diese Epigenome (Modifikationen) zu kartieren, sammelten die Forscher Daten aus verschiedenen Zelltypen. Während einige Laboratorien DNA-Histon-Modifikationen maßen, maßen andere die Zugänglichkeit verschiedener DNA-Abschnitte, indem sie diese mit Enzymen in Fragmente auftrennten.
ENCODE ist eine Kollaboration von 442 Wissenschaftlern aus 32 Laboren in Japan, Singapur, Spanien, den USA und Großbritannien. Zusammen haben sie über 15 Terabyte Rohdaten generiert und untersucht - all diese Daten sind nun öffentlich verfügbar. Sie haben ungefähr 300 Jahre Computerzeit gebraucht, wobei sie sich auf 147 Gewebetypen konzentrierten, um herauszufinden, was bestimmte Gene ein- und ausschaltet, sowie die spezifischen Eigenschaften von Schaltern in verschiedenen Zelltypen.

Die ENCODE-Wissenschaftler fanden heraus, dass etwa 80% des menschlichen Genoms an einer Art von biochemischem Ereignis beteiligt sind, z. B. an der Proteinbindung, die spezifisch an Proteine ??bindet, die sich darauf auswirken, wie benachbarte Gene verwendet werden. Sie stellten auch fest, dass die gleichen regulatorischen Regionen unterschiedliche Rollen spielen, abhängig davon, in welcher Art von Zelle sie agieren.
Die Wissenschaftler analysierten die Konservierung der A-, T-, C- und G-Nukleotide in den neuen regulatorischen Regionen, die sie identifiziert hatten. Nukleotide sind konserviert, wenn sie während unserer Evolution über längere Zeiträume gleich bleiben. Dies kann untersucht werden, indem entweder verglichen wird, wie Variationen zwischen verschiedenen Arten oder zwischen Individuen derselben Spezies auftreten.
In einem Online-Kommuniqué schrieb das European Bioinformatics Institute:

"Ein internationales Forscherteam zeigt am 5. September, dass vieles von dem, was im menschlichen Genom als" Junk-DNA "bezeichnet wird, ein massives Kontrollpanel mit Millionen von Switches ist, die die Aktivität unserer Gene regulieren. Ohne diese Schalter würden Gene dies nicht tun Arbeit - und Mutationen in diesen Regionen könnten zu menschlichen Krankheiten führen. "

Drei Milliarden Paare genetischen Codes

Bisher wurden alle drei Milliarden Paare genetischen Codes, aus denen menschliche DNA besteht, mit ENCODE analysiert. Wissenschaftler des European Bioinformatics Institute erklärten, dass sie die Genomfunktion von 4 Millionen Genen identifiziert haben Schalter, die den Forschern helfen werden, spezifische Bereiche menschlicher Krankheiten zu erforschen und hoffentlich Wege zu finden, sie besser zu behandeln oder zu heilen. Sie fügten hinzu, dass die Schalter oft weit von dem Gen entfernt sind, das sie regulieren.
Ewan Birney vom European Bioinformatics Institute, Koordinator der Leitungsanalyse für ENCODE, sagte: "Unser Genom lebt einfach von Schaltern: Millionen von Orten, die bestimmen, ob ein Gen ein- oder ausgeschaltet ist. Das Human Genome Project zeigte, dass nur 2% der Das Genom enthält Gene, die Instruktionen, um Proteine ??herzustellen, und mit ENCODE können wir sehen, dass etwa 80% des Genoms aktiv etwas tun.Wir fanden heraus, dass ein viel größerer Teil des Genoms - eine überraschende Menge tatsächlich - an der Kontrolle beteiligt ist wann und wo Proteine ??produziert werden, als einfach die Bausteine ??herzustellen. "

Ian Dunham, ebenfalls vom European Bioinformatics Institute, sagte, dass ENCODE ein nützliches Forschungswerkzeug für jeden Forscher ist, der sich mit menschlichen Krankheiten befasst.Wissenschaftler, die Krankheiten untersuchen, haben oft eine gute Vorstellung davon, welche Gene beteiligt sind, benötigen aber Daten darüber, welche Schalter eine Rolle spielen. In einigen Fällen sind die Positionen dieser Schalter nicht dort, wo sie erwartet wurden. Dunham sagte: "ENCODE bietet uns eine Reihe von sehr wertvollen Anhaltspunkten, um wichtige Mechanismen bei Gesundheit und Krankheit zu entdecken. Diese können ausgenutzt werden, um völlig neue Medikamente zu schaffen oder bestehende Behandlungen umzuwandeln."
Dr. Michael Snyder, Professor und Vorsitzender der Stanford University, erklärte, dass ENCODE uns das nötige Wissen zur Verfügung stellt, damit wir über die lineare Struktur des Genoms hinaus schauen können, wie das gesamte Netzwerk verbunden ist. Genomweite Assoziationsstudien helfen uns zu verstehen, wo sich bestimmte Gene befinden und welche Sequenzen sie steuern. Snyder sagte: "Wegen der komplexen, dreidimensionalen Form unseres Genoms sind diese Kontrollen manchmal weit entfernt von dem Gen, das sie regulieren und umschlingen, um Kontakt herzustellen. Wären wir nicht ENCODE, hätten wir in diesen Regionen vielleicht nie nachgesehen." Ein wichtiger Schritt zum Verständnis des Schaltplans eines Menschen. ENCODE hilft uns, tief in den Regelkreis zu schauen, der uns sagt, wie alle Teile zusammenkommen, um ein komplexes Wesen zu bilden. "
Früher war das Erzeugen und Speichern enormer Datenmengen ein Problem in der biomedizinischen Forschung. Da jedoch die Produktivität der Genomsequenzierung verbessert und wirtschaftlicher geworden ist, hat sich der Schwerpunkt auf die Analyse verlagert, d. H. Die Interpretation von Daten, die aus genomweiten Assoziationsstudien erzeugt wurden. Wissenschaftler der Cambridge University sagten: "ENCODE-Partner haben systematisch am menschlichen Genom gearbeitet, indem sie dieselben computergestützten und Wet-Lab-Methoden und -Reagenzien in Labors auf der ganzen Welt verwendet haben."
Ewan Birney sagte:

"Es geht darum, die besten Leute mit der besten Expertise zusammen zu bringen. ENCODE hat wirklich gezeigt, dass führende Life Scientists sehr gut darin sind, in großem Umfang eng zusammenzuarbeiten, um exzellente Basisressourcen zu produzieren, die die gesamte Community nutzen kann."

Die Wissenschaftler betonten, dass es noch einige Jahre dauern wird, bis Ärzte und Patienten spürbare Vorteile von ENCODE sehen.

Geschrieben von Christian Nordqvist