Требуется всего 2 процента человеческого генома, чтобы закодировать все белки, которые делают возможными клеточные функции - от производства энергии до восстановления тканей.
Так что же делают остальные 98 процентов?
Большая часть этой так называемой некодирующей ДНК контролирует экспрессию генов, включая и выключая их. Эта регуляция необходима, 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 Мичиганского университета используют сложные вычислительные методы для исследования того, как генетические вариации в некодирующей ДНК могут повышать восприимчивость человека к определенным заболеваниям, таким как диабет и рак.
В новой статье в журнале Genetics они сравнивают пять типов регуляторных регионов, которые были идентифицированы за последние несколько лет, чтобы выяснить, как регионы ведут себя в разных типах клеток.
«Когда люди пытаются понять, как происходит регуляция генов, они рассматривают различную эпигеномную информацию, используя секвенирование, пытаясь понять молекулярные профили», - говорит ведущий автор Аруши Варшней, доктор философии. кандидат генетики 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, лежат 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.
«Вышел ряд статей, описывающих различные классы регуляторных элементов генов, и было неясно, как они связаны», - объясняет Стивен Паркер, доктор философии, доцент кафедры вычислительной медицины и биоинформатики и генетики человека.
«Наша газета была первой, кто действительно сравнил их, - говорит Паркер. «Выяснилось, что все они разные и действуют по-разному в разных типах клеток».
Однако команда UM также обнаружила, что генетические варианты в энхансерах, специфичных для определенного типа клеток, оказывают относительно небольшое влияние на гены-мишени. Это может создать проблемы для ученых, которые сравнивают геномы тысяч людей, пытаясь найти генетические вариации, связанные с признаками болезни.
Авторы UM предполагают, что эти гены настолько важны для функционирования клетки, что их транскрипция жестко регулируется в нормальных условиях.
"Это означает, что нам потребуются действительно большие размеры выборки, чтобы увидеть эффекты", - говорит Паркер.
Еще одно неожиданное открытие может в конечном итоге объяснить, как генетическая изменчивость в регуляторных элементах делает заболевание более вероятным.
Varshney, Parker и их коллеги предполагают, что энхансеры и промоторы, которые являются клеточно-специфичными, т. е. имеют больший эффект в определенных типах клеток, могут облегчить транскрипцию в определенных условиях окружающей среды.
Похоже, они делают это, делая клеточный хроматин, плотные белковые молекулы, которые ДНК обертывает внутри ядра клетки, более доступными.
В качестве следующего шага в этом исследовании «мы считаем, что следует изучить экспрессию генов в клетках в определенных условиях», - говорит Варшни.«Например, если вы пытаетесь изучить диабет 2 типа, возможно, посмотрите на клетки в условиях высокого уровня глюкозы, а затем посмотрите на экспрессию генов и то, как генетические варианты влияют на экспрессию генов.
"Тогда, возможно, вы сможете лучше объяснить, как этот генетический вариант предрасполагает вас к заболеванию."