Dans un atlas sans précédent, les chercheurs ont commencé à cartographier comment les gènes sont activés ou désactivés dans différentes cellules, une étape vers une meilleure compréhension des liens entre les gènes et la maladie.
Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego ont produit un atlas de la chromatine unicellulaire du génome humain. La chromatine est synthétisée à partir de ADN Protéine présente 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.
« Le génome humain a été séquencé il y a 20 ans, mais interpréter le sens de ce livre de la vie reste un défi », a déclaré Bing Ren, PhD, directeur du Center for Genetics, professeur de médecine cellulaire et moléculaire à l’UC San Diego. Médecine et membre du Ludwig Institute for Cancer Research de l’Université de Californie à San Diego.
« 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 capturés à grande échelle dans un effort international en cours appelé Encyclopédie des éléments de l’ADN (ENCODE), y compris le travail de Ren et de ses collègues. En particulier, ils ont étudié le rôle et la fonction de la chromatine, un complexe d’ADN et de protéines qui composent les chromosomes dans les 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 avoir travaillé avec des souris, Ren et ses collaborateurs ont tourné leur attention vers un atlas unicellulaire de la chromatine dans le génome humain.
Ils ont appliqué des tests sur plus de 600 000 cellules humaines prélevées sur 30 types de tissus humains adultes provenant de plusieurs donneurs, puis ont combiné ces informations avec des données similaires de 15 types de tissus fœtaux pour révéler le statut de la chromatine dans près de 1,2 million d’éléments régulateurs. . Types de cellules.
Le co-auteur de l’étude, Sebastian Presell, PhD, et co-directeur de Single Cell Genomics à l’Université de Californie, San Diego Center for Genetics, un centre de recherche collaboratif qui a effectué les tests, a déclaré.
Les éléments régulateurs cis sont des régions d’ADN non codant qui régulent la transcription (en copiant une partie de l’ADN dans ARN) à partir 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 différences de séquence dans l’ADN non codant sont un facteur majeur des traits polygéniques et des maladies chez l’homme, telles que le diabète, La maladie d’Alzheimer« Les maladies et les maladies auto-immunes », a déclaré le co-auteur de l’étude Kyle J. Gulton, PhD, professeur adjoint au département de pédiatrie de la faculté de médecine de l’Université de San Diego.
« Le 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 le premier co-auteur Kai Zhang, PhD, chercheur postdoctoral au Département de médecine cellulaire et moléculaire. « Cependant, un obstacle majeur au déverrouillage de la fonction des variantes de risque non codantes est le manque de cartes spécifiques au type cellulaire des éléments régulateurs de la transcription dans le génome humain. »
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 des différences spécifiques à l’environnement tissulaire pour les types de cellules trouvées dans plusieurs tissus, tels que les fibroblastes, les cellules immunitaires ou les cellules endothéliales, a déclaré Prissell.
Référence : « Un atlas unicellulaire de l’accessibilité de la chromatine dans le génome humain » par Kai Zhang, James D. Hooker, Michael Miller, Xiaoming Hu, Joshua Chiu et Olivier B. Gulton, Allen Wang, Sebastian Presel et Bing Ren, 12 novembre 2021, disponible ici. cellule de prison.
DOI : 10.1016 / j.cell.2021.10.024
Les co-auteurs sont : James D. Hooker et Yang E. Lee, Ludwig Institute for Cancer Research et Université de Californie, San Diego ; Michael Miller, Hiaomeng Hou, Joshua Chiou, Olivier B. Poirion, Allen Wang, tous à l’UCSD ; et Yunjiang Qiu, Institut Ludwig pour la recherche sur le cancer, La Jolla.
Le financement de cette recherche provient en partie du Ludwig Institute for Cancer Research, du National Human Genome Research Institute (GRANT 3U54HG006997-04S2), de la National Institutes of Health Foundation (AMP T2D RFP14) et du Ruth L. Kirchstein National Institutional Prix de la recherche scientifique de l’Institut national des sciences médicales générales (T32 GM008666).