Faire la lumière sur la matière noire dans l’ADN humain

Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego ont produit un atlas de la chromatine unicellulaire du génome humain. La chromatine est un complexe d’ADN et de protéines que l’on trouve dans les cellules eucaryotes. Les régions de la chromatine des éléments régulateurs des gènes clés apparaissent dans des configurations ouvertes au sein de noyaux cellulaires spécifiques. L’identification précise des régions de chromatine accessibles dans les cellules de différents types de tissus humains sera une étape clé vers la compréhension du rôle des éléments régulateurs des gènes (ADN non codant) dans la santé ou la maladie humaine.

Les résultats ont été publiés en ligne dans le numéro du 12 novembre 2021 de cellule de prison.

Pour les scientifiques, le génome humain, connu sous le nom de « livre de la vie », est en grande partie non écrit. Ou du moins non lu. Alors que la science a mis un nombre célèbre (approximatif) de tous les gènes codant pour les protéines nécessaires à la construction d’un être humain, près de 20 000+, cette estimation ne commence pas vraiment à expliquer exactement comment fonctionne le processus de construction ou, dans le cas de maladie, ça peut mal tourner.

a déclaré Ping Ren, PhD, directeur du Genetics Center, professeur de médecine cellulaire et moléculaire à l’École de médecine de l’Université de Californie à San Diego et membre de l’Institut Ludwig pour la recherche sur le cancer à l’UCSD.

« L’une des principales raisons est que la majorité des séquences d’ADN humain, plus de 98%, ne codent pas pour les protéines, et nous n’avons pas encore de livre de codes génétiques pour débloquer les informations contenues dans ces séquences. »

En d’autres termes, c’est un peu comme trouver les titres des chapitres mais avec le reste des pages laissées en blanc.

Les efforts pour remplir les blancs sont largement rapportés dans un effort international en cours appelé l’Encyclopédie des éléments d’ADN (ENCODE), et incluent le travail de Ren et de ses collègues. En particulier, ils ont étudié le rôle et la fonction chromatine, qui est un complexe d’ADN et de protéines qui composent les chromosomes à l’intérieur des noyaux des cellules eucaryotes.

L’ADN porte les instructions génétiques de la cellule. Les protéines clés de la chromatine, appelées histones, aident à assembler étroitement l’ADN en une forme compacte qui s’insère dans le noyau cellulaire. (Il y a environ six pieds d’ADN caché dans chaque noyau cellulaire et à environ 10 milliards de kilomètres dans chaque corps humain.) Les changements dans la façon dont la chromatine assemble l’ADN sont liés à la réplication de l’ADN et à l’expression des gènes.

après, après Travailler avec des sourisRen et ses collaborateurs ont tourné leur attention vers l’atlas unicellulaire de la chromatine dans le génome humain.

Ils ont appliqué des tests à plus de 600 000 personnes cellules 30 tissus humains adultes ont été échantillonnés auprès de plusieurs donneurs, et ces informations ont ensuite été combinées avec des données similaires provenant de 15 types de tissus fœtaux pour révéler le statut de la chromatine à environ 1,2 million de filtres cis.éléments organisationnels dans 222 types cellulaires différents.

Le co-auteur de l’étude Sebastian Presel, PhD, et co-directeur de Single Cell Genomics au Centre d’épigénomique de l’UC San Diego, un centre de recherche collaboratif qui a mené les tests, a déclaré.

Les éléments régulateurs cis sont des régions d’ADN non codant qui régulent la transcription (copie d’une partie d’ADN en ARN) de gènes voisins. La transcription est le processus de base qui transforme l’information génétique en actions.

« Des études menées au cours de la dernière décennie ont démontré que les variations de séquences d’ADN non codantes sont un moteur majeur des traits polygéniques et des maladies chez l’homme, telles que le diabète, la maladie d’Alzheimer et les maladies auto-immunes », a déclaré le co-auteur de l’étude Kyle J. Gulton, PhD, professeur adjoint au département de pédiatrie de l’Université de Californie, San Diego School of Medicine.

« Un nouveau modèle qui aide à expliquer comment ces variantes non codantes contribuent à la maladie postule que ces changements de séquence perturbent la fonction des éléments régulateurs de la transcription et conduisent à une expression génique défectueuse dans les types de cellules liées à la maladie, tels que les neurones, les cellules immunitaires ou épithéliales. cellules », a déclaré l’auteur. Le premier participant, Kai Zhang, PhD, est un boursier postdoctoral au Département de médecine cellulaire et moléculaire. « Un obstacle majeur au déverrouillage de la fonctionnalité des variantes de risque non codantes, cependant, est le manque de cartographie spécifique au type de cellule des éléments régulateurs de la transcription dans gènes humains.  »

Les nouvelles découvertes identifient les types de cellules pertinents pour les caractéristiques pathologiques de 240 traits et maladies polygéniques, et illustrent les risques de variantes non codantes, a déclaré Ren.

« Nous pensons que cette ressource facilitera grandement l’étude du mécanisme dans un large éventail de maladies humaines pendant de nombreuses années à venir. »

L’atlas de la chromatine permettra également à la communauté scientifique de découvrir les différences d’environnement tissulaire pour les types de cellules présentes dans plusieurs tissus, tels que les fibroblastes, les cellules immunitaires ou les cellules endothéliales, a déclaré Presel.