Son on ildə tədqiqatçılar həyatın bütün sahələrinə aid genomların sürətli və dəqiq ardıcıllaşdırılmasında heyrətamiz irəliləyiş əldə ediblər. Bununla belə, kimyəvi baza cütlərinin siyahısı, onların tərkibində olan məlumatların necə işlək hala gəldiyini başa düşməkdən çox irəliləmişdir. Hətta ən yaxşı başa düşülən genomlar da sirləri gizlədir.
DNT və RNT tərəfindən daşınan genetik məlumat işləyən orqanizm yaratmaq üçün xromosomların nümunələri və fiziki təşkili ilə birlikdə fəaliyyət göstərir. Bu mürəkkəb əlaqələri başa düşməkdə böyük irəliləyişlər bu həftə Milli Sağlamlıq İnstitutlarının Milli İnsan Genomu Tədqiqat İnstitutu tərəfindən maliyyələşdirilən "DNT Elementlərinin Model Orqanizm Ensiklopediyası" (modENCODE) layihəsi tərəfindən nəşr olunur. Genomun oxunması ilə bağlı bu yeni anlayışlar yalnız meyvə milçəyi Drosophila melanogaster və dəyirmi qurd Caenorhabditis elegans, modENCODE-un iki model orqanizminə aid deyil, həm də insanlara və bir çox başqa orqanizmlərə də şamil ediləcək.
ABŞ Enerji Departamentinin Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyasının Həyat Elmləri Bölməsindən Susan Celniker və Gary Karpen Drosophila modENCODE Konsorsiumunda iki əsas tədqiqat qrupuna rəhbərlik edirlər. Onlar Massaçusets Texnologiya İnstitutundan Manolis Kellisin rəhbərlik etdiyi Drosophila funksional elementlərinin və tənzimləyici sxemlərin inteqrasiyası üzrə Konsorsiumun hesabatının böyük həmmüəllifləri arasındadır və bu, Elm jurnalının 24 dekabr sayında indi onlayndır. Celniker və Karpen-in rəhbərlik etdiyi qruplar tərəfindən ayrı-ayrı məqalələr yanvar ayında Təbiətdə çıxacaq və indi onlayn olaraq mövcuddur və onların qruplarının daha çox məqaləsi tezliklə modENCODE tədqiqatlarına həsr olunmuş Genom Tədqiqatının sayında dərc olunacaq.
Genomun mənzərəsi
"Drosophila ən hərtərəfli öyrənilmiş yeganə model orqanizm ola bilər; bu, bizə bir əsr əvvəl xromosomların genetik məlumatın daşıyıcısı olduğunu kəşf etməyə imkan verdi "deyir qrup transkriptomu tədqiq edən Celniker. Transkriptom, genetik məlumatı işləyən zülalları yaradan hüceyrə mexanizminə ötürən RNT formalarının məcmusudur, həmçinin gen ifadəsini, birləşməsini, RNT sabitliyini və metabolizmini tənzimləyən kodlaşdırılmayan RNT-lərdir. Bununla belə, Celniker deyir, "hələ kəşf edilməmiş çoxlu ərazilər var."
Celnikerin transkriptom qrupu Drosophila RNT-lərini indiyə qədər heç vaxt əldə edilməmiş səviyyədə araşdırmağa müvəffəq oldu. "RNT-lərdən həm zülal kodlayan, həm də kodlaşdırmayan təxminən min yeni gen müəyyən etdik. Bunlar daha az yaxşı qorunduğu üçün ya da az öyrənilmiş inkişaf mərhələlərində və RNT populyasiyalarında tapıldığı üçün əvvəllər buraxılmışdı. Beləliklə, onlar məlum genlərə nisbətən daha aşağı səviyyələrdə ifadə olunurlar." O əlavə edir: "Biz həmçinin məlum zülalların alternativ formalarını yaratmaq üçün genlərin birləşdirilməsi və redaktə edilməsi yollarında miqyaslı artım tapdıq və beləliklə də mürəkkəbliyi əhəmiyyətli dərəcədə artırdıq. proteomun." Proteom genom tərəfindən ifadə edilən bütün zülalların toplusudur.
Karpenin qrupu xromatini, DNT və orqanizmin genomunu xromosomlara təşkil edən zülalların birləşməsini öyrənir. Xromatində DNT histon zülallarından ibarət nukleosomlar adlanan strukturların ətrafına sarılır. Xromatində olan digər zülallar (və bəzi RNT) də onun təşkilinə və funksiyasına təsir göstərir. Karpen deyir ki, qrupun məqsədi "xromatin zülallarının paylanmasını və kimyəvi modifikasiyaların onların funksiyalarını necə dəyişdirə biləcəyini müəyyən etməkdir". Onlar xromatin komponentlərinin nümunələrinin genlərin aktiv transkripsiyası da daxil olmaqla xromosom funksiyaları ilə necə əlaqəli olduğuna dair ilk hərtərəfli mənzərəni yaratdılar. Bu mexanizmlər "epigenetik" adlanır, çünki onların genom funksiyasına təsiri DNT ardıcıllığı ilə deyil, əlaqəli zülallar tərəfindən kodlanır.
Tənzimləyici elementlər, kiçik RNT-lər və DNT replikasiyası üzərində cəmləşən digər qruplarla işləyən modENCODE transkriptomu və xromatin qrupları, Karpenin dediyinə görə, Drosophila genomu haqqında məlumatı xeyli artıran "təməlqoyma, hərtərəfli analiz" hazırladı. tədqiqatçılara təqdim edir və dərin funksional tədqiqatlar üçün zəmin yaradır."
Tədqiqat qrupları laboratoriya hüceyrə mədəniyyətlərində saxlanılan dörd müxtəlif növ Drosophila hüceyrəsi üzərində tədqiqatlar apardılar, lakin bunların hamısı əvvəllər geniş şəkildə araşdırılmamışdı. Xüsusilə milçək embrionlarından sürfələr və pupalar vasitəsilə yetkin erkək və dişilərə qədər inkişaf dəyişikliklərini izləmək üçün bütün heyvanlarla əlavə tədqiqatlar aparıldı.
Xromatini işıqlandıran transkriptomun tədqiqi
Müxtəlif texnikalardan istifadə edərək tədqiqatçılar milçək genomunun müxtəlif aspektləri üzrə 700 yeni məlumat toplusu hazırlayıblar. Transkriptome qrupu həm kodlayan, həm də kodlaşdırmayan 17 000 gen müəyyən etdi, onlardan 1 938-i yeni idi.
Lakin DNT təəccüblü dərəcədə çox yönlüdür - ekzonlar kimi tanınan kodlaşdırma ardıcıllıqları bir zülalın birdən çox formasını yaratmaq üçün müxtəlif yollarla birləşə bilər. Tədqiqatçılar genetik məlumatın transkripsiyasının 14 000 alternativ yolu ilə demək olar ki, 53 000 yeni və ya dəyişdirilmiş ekzon və demək olar ki, 23 000 yeni birləşmə qovşağı tapdılar. Drosophila genomunun araşdırılmasına baxmayaraq, tədqiqatçılar Drosophila'nın əvvəllər qeyd edilmiş genlərinin demək olar ki, dörddə üçündə yeni və ya dəyişdirilmiş ekzonlar və ya birləşmə formaları tapdılar.
Bütün eukariotlar kimi (hüceyrə nüvələri membrana qapalı olan orqanizmlər) Drosophilanın genomu da çoxlu aktiv genləri ehtiva edən euxromatin və genomun təxminən üçdə birini təşkil edən heteroxromatin arasında bölünür. nisbətən az aktiv gen ehtiva edir. Beləliklə, Drosophila xromatin qrupu heterokromatinin bəzi bölgələrinin demək olar ki, euxromatin qədər aktiv olduğunu kəşf edəndə təəccübləndi.
Aktiv və ya səssiz xromatin bölgəsinin əlaməti onun nukleosomlarının kimyəvi vəziyyətidir, xüsusən də DNT-nin bükülmüş olduğu histonların RNT-yaradıcı ferment RNT polimeraza ilə bağlanmasına icazə verib-verməməsidir. Transkripsiya üçün DNT. Məsələn, asetilləşdirilmiş histonlar ümumiyyətlə transkripsiyanı təşviq edir, bir çox metilləşdirilmiş histonlar isə transkripsiyanı repressiya edə bilir. Drosophila xromatin qrupu müəyyən etdi ki, bəzi bölgələrdə hansı idarə olunan gen ifadəsi DNT ardıcıllığından müəyyən edilə bilməz, lakin bu bölgələr xüsusi histon modifikasiyaları və digər epigenetik amillərlə qeyd olunur. Onlar həmçinin heterokromatinə xas olan işarələri daşıyan euxromatinin aktiv bölgələrini, həm "aktiv" həm də "səssiz" işarələrin birləşməsindən ibarət nümunələri tapdılar.
18 müxtəlif histon modifikasiyasının kombinator modellərini müəyyən edərək və onların gen ifadəsi və digər funksiyalarla assosiasiyalarını təhlil edərək, qrup birlikdə işləyən xromatin vəziyyətlərinin modelini və bunların müxtəlif hüceyrə xətləri arasında necə dəyişdiyini inkişaf etdirdi. Onların modeli gen fəaliyyətinin və digər funksiyaların tənzimlənməsi ilə əlaqəli yeni xromatin imzalarını, eləcə də əvvəllər müəyyən edilməmiş bir çox gen və promotorları müəyyən etdi.
modENCODE vədi
modENCODE layihəsindən Celniker deyir: "Məqsəd təkcə genomdakı hər bir bazanın xəritəsini çəkmək deyil, hər bir bazanın funksiyasını kəşf etməkdir." Karpen əlavə edir, "Kəşf etmək funksiyası ona təsir edən bütün komponentlərin xəritələşdirilməsi ilə başlayır."
modENCODE tədqiqatının nəticələri mərkəzi, ictimaiyyət üçün açıq olan verilənlər bazasına daxil olur. Karpen deyir: "Bu məlumat hər bir alimin öz eksperimentlərinin layihələndirilməsi və aparılmasında istifadə etməsi üçün əlçatandır. Onlar bizim məlumatımızdan öz sevimli genlərini və ya bütün genomu sorğu-sual etmək üçün istifadə edə bilərlər. Axını başa düşməkdə irəliləyiş onların yaradıcılığı və ixtiraçılıqlarından irəli gəlir. ardıcıllıqdan hüceyrəyə və orqanizmin funksiyalarına qədər məlumat veriləcək."
Meyvə milçəyi və yuvarlaq qurd kimi model orqanizmlərin genomlarından, Celniker deyir: "Biz genomik kodu sındırmaq və bir genomu - istənilən genomu oxumaq üçün tələb olunan qaydaları tapmaq istərdik. Meyvə milçəyi və yuvarlaq qurdda hansı siqnalların gen ifadəsini idarə etdiyini, o cümlədən xromatinin gen ifadəsinə necə təsir etdiyini bilmək insan genomunun necə oxunacağını anlamaq üçün tətbiq olunacaq."
"Drosophila modENCODE Konsorsiumu tərəfindən Funksional Elementlərin və Tənzimləyici Sxemlərin İdentifikasiyası " Drosophila modENCODE Konsorsiumu tərəfindən Elm jurnalının 24 dekabr 2010-cu il sayında dərc olunub və indi onlayndır. Berkeley Laboratoriyasının əməkdaşı Susan Celnikerin rəhbərlik etdiyi Konsorsiumun transkriptom qrupuna Konnektikut Universitetinin Sağlamlıq Mərkəzindən Brenton Graveley, İndiana Universiteti Bloomingtondan Peter Cherbas, Cold Spring Harbor Laboratoriyasından Tom Gingeras, Harvard Tibb Məktəbindən Norbert Perrimon, Michael'ın rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupları daxildir. Sent-Luisdəki Vaşinqton Universitetindən Brent və Berklidəki Kaliforniya Universitetindən Stiven Brenner. Berkeley Laboratoriyası və UC Berkeley-dən Gary Karpenin rəhbərlik etdiyi xromatin qrupuna Sent-Luisdəki Vaşinqton Universitetindən Sarah Elgin, Harvard Tibb Məktəbindən Mitzi Kuroda, Harvard Tibb Məktəbindən Peter Park və Rutgers Universitetindən Vince Pirrottanın rəhbərlik etdiyi komandalar daxildir.
Transkriptome qrupunun üzvləri tərəfindən "Drosophila melanogaster'in inkişaf transkriptomu" və "Xromatin qrupunun üzvləri tərəfindən Drosophila melanogaster-də xromatin landşaftının hərtərəfli təhlili" indi Təbiətin onlayn nəşrində görünür.
Celniker və Berkeley Laboratoriyasındakı komandasının ilk müəllifi Rocer Hoskins tərəfindən promouter arxitekturasına dair gələcək sənədlər; Celniker qrupundan Lucy və Peter Cherbas tərəfindən Drosophila hüceyrə xətlərinin transkripsiya profilinə dair; və Berkeley Laboratoriyasının birinci müəllifi Aki Minoda da daxil olmaqla, Karpen qrupu tərəfindən heterokromatinin xromatin təşkili ilə bağlı Genom Tədqiqatının modENCODE tədqiqatlarına həsr olunmuş növbəti sayında dərc olunacaq.
