Das Human Genome Das Projekt ergab, dass ca. 1-2 % unserer Genom stellt funktionelle Proteine her, während die Rolle der restlichen 98–99 % rätselhaft bleibt. Forscher haben versucht, die damit verbundenen Geheimnisse aufzudecken, und dieser Artikel wirft Licht auf unser Verständnis seiner Rolle und Auswirkungen auf human der Knochen und des Bewegungsapparates und Krankheiten.
Ab der Zeit Human Genome Das Projekt (HGP) wurde im April 2003 abgeschlossen1, man dachte, dass man durch Kenntnis der gesamten Abfolge von human Genom, das aus 3 Milliarden Basenpaaren oder „Buchstabenpaaren“ besteht, Genom wird ein offenes Buch sein, anhand dessen Forscher genau bestimmen können, wie ein komplexer Organismus als ein human Es handelt sich dabei um Arbeiten, die letztendlich dazu führen, unsere Veranlagung für verschiedene Arten von Krankheiten herauszufinden, unser Verständnis dafür zu verbessern, warum Krankheiten entstehen, und auch Heilung für sie zu finden. Die Situation wurde jedoch sehr verwirrend, als die Wissenschaftler nur einen Teil davon entschlüsseln konnten (nur etwa 1-2 %), der funktionelle Proteine herstellt, die über unsere phänotypische Existenz entscheiden. Die Rolle von 1-2 % der DNA bei der Herstellung funktioneller Proteine folgt dem zentralen Dogma der Molekularbiologie, das besagt, dass DNA zunächst kopiert wird, um RNA, insbesondere mRNA, durch einen Prozess namens Transkription zu erzeugen, gefolgt von der Produktion von Protein durch mRNA durch Translation. In der Sprache der Molekularbiologen sind dies 1-2 % der human Genom Codes für funktionelle Proteine. Die restlichen 98–99 % werden als „Junk-DNA“ oder „dunkle DNA“ bezeichnet Materie', das keines der oben genannten funktionellen Proteine produziert und jedes Mal als 'Gepäck' mitgeführt wird human Sein wird geboren. Um die Rolle der verbleibenden 98-99 % zu verstehen Genom, ENCODE-Projekt (ENCyclopedia Of DNA Elements).2 wurde im September 2003 vom National ins Leben gerufen Human Genome Forschungsinstitut (NHGRI).
Die Ergebnisse des ENCODE-Projekts haben gezeigt, dass die Mehrheit der Dunklen Materie„besteht aus nichtkodierenden DNA-Sequenzen, die als wesentliche regulatorische Elemente fungieren, indem sie Gene in verschiedenen Zelltypen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten ein- und ausschalten. Die räumlichen und zeitlichen Wirkungen dieser regulatorischen Sequenzen sind noch nicht vollständig geklärt, da einige davon (regulatorische Elemente) sehr weit von dem Gen entfernt sind, auf das sie einwirken, während sie in anderen Fällen möglicherweise nahe beieinander liegen.
Die Zusammensetzung einiger Regionen von human Genom war bereits vor dem Start des bekannt Human Genome Projizieren Sie in etwa 8 % davon human Genom ist abgeleitet von viral Genome eingebettet in unsere DNA als human endogene Retroviren (HERVs)3. Diese HERVs sind an der Bereitstellung einer angeborenen Immunität beteiligt Menschen indem sie als regulatorische Elemente für Gene fungieren, die die Immunfunktion steuern. Die funktionale Bedeutung dieser 8 % wurde durch die Ergebnisse des ENCODE-Projekts bestätigt, die darauf hindeuteten, dass die Mehrheit der „dunklen.“ Materie fungiert als regulierendes Element.
Zusätzlich zu den Ergebnissen des ENCODE-Projekts ist eine große Menge an Forschungsdaten aus den letzten zwei Jahrzehnten verfügbar, die auf eine plausible regulatorische und entwicklungspolitische Rolle der „Dunkelheit“ schließen lassen Materie'. Benutzen GenomeIn umfassenden Assoziationsstudien (GWAS) wurde festgestellt, dass die meisten nichtkodierenden DNA-Regionen mit häufigen Krankheiten und Merkmalen assoziiert sind4 und Variationen in diesen Regionen regulieren den Beginn und die Schwere einer Vielzahl komplexer Krankheiten wie Krebs, Herzerkrankungen, Gehirnerkrankungen, Fettleibigkeit und viele andere5,6. Die GWAS-Studien haben auch gezeigt, dass die Mehrheit dieser nicht-kodierenden DNA-Sequenzen im Genom in nicht-kodierende RNAs transkribiert (in RNA von DNA umgewandelt, aber nicht übersetzt) wird und eine Störung ihrer Regulation zu unterschiedlichen krankheitsverursachenden Effekten führt7. Dies deutet auf die Fähigkeit von nicht-kodierenden RNAs hin, eine regulatorische Rolle bei der Entwicklung der Krankheit zu spielen8.
Außerdem verbleibt ein Teil der Dunklen Materie als nicht-kodierende DNA und fungiert auf regulatorische Weise als Enhancer. Wie das Wort schon sagt, wirken diese Enhancer, indem sie die Expression bestimmter Proteine in der Zelle verstärken (erhöhen). Dies wurde in einer kürzlich durchgeführten Studie gezeigt, in der die Enhancer-Effekte einer nicht kodierenden Region der DNA Patienten anfällig für komplexe Autoimmun- und allergische Erkrankungen wie entzündliche Darmerkrankungen machen9,10, was zur Identifizierung eines neuen potentiellen therapeutischen Ziels für die Behandlung von entzündlichen Erkrankungen führte. Die Enhancer in der „dunklen Substanz“ wurden auch mit der Gehirnentwicklung in Verbindung gebracht, wobei die Studien an Mäusen gezeigt haben, dass die Deletion dieser Regionen zu Anomalien in der Gehirnentwicklung führt11,12. Diese Studien könnten uns helfen, die komplexen neurologischen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson besser zu verstehen. Es wurde auch gezeigt, dass „Dunkle Materie“ eine Rolle bei der Entstehung von Blutkrebs spielt13 wie chronische myeloische Leukämie (CML) und chronische lymphatische Leukämie (CLL).
Somit stellt die „Dunkle Materie“ einen wichtigen Teil der dar human Genom als bisher angenommen und hat direkte Auswirkungen human der Knochen und des Bewegungsapparates indem sie eine regulierende Rolle bei der Entwicklung und dem Beginn von spielen human Krankheiten wie oben beschrieben.
Bedeutet das, dass die gesamte „dunkle Materie“ entweder in nicht-kodierende RNAs umgeschrieben wird oder als nicht-kodierende DNA eine verstärkende Rolle spielt, indem sie als regulatorische Elemente fungiert, die mit der Veranlagung, dem Ausbruch und den Variationen der verschiedenen auslösenden Krankheiten verbunden sind? Menschen? Die bisher durchgeführten Studien zeigen ein starkes Übergewicht für dasselbe und weitere Forschungen in den kommenden Jahren werden uns dabei helfen, die Funktion der gesamten „dunklen Materie“ genau zu beschreiben, was zur Identifizierung neuer Ziele führen wird, in der Hoffnung, ein Heilmittel dafür zu finden schwächende Krankheiten, die die Menschheit befallen.
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References:
1. „Abschluss des Humangenomprojekts: Häufig gestellte Fragen“. Nationaler Mensch Genome Forschungsinstitut (NHGRI). Online verfügbar unter https://www.genome.gov/human-genome-project/Completion-FAQ Zugriff am 17. Mai 2020.
2. Smith D., 2017. Die mysteriösen 98%: Wissenschaftler versuchen, Licht in das „dunkle Genom“ zu werfen. Online erhältlich unter https://phys.org/news/2017-02-mysterious-scientists-dark-genome.html Zugriff am 17. Mai 2020.
3. Soni R., 2020. Menschen und Viren: Eine kurze Geschichte ihrer komplexen Beziehung und ihrer Auswirkungen auf COVID-19. Scientific European Veröffentlicht am 08. Mai 2020. Online verfügbar unter https://www.scientificeuropean.co.uk/humans-and-viruses-a-brief-history-of-their-complex-relationship-and-implications-for-COVID-19 Zugriff am 18. Mai 2020.
4. Maurano MT, Humbert R, Rynes E, et al. Systematische Lokalisierung häufiger krankheitsassoziierter Variationen in der regulatorischen DNA. Wissenschaft. 2012. September 7; 337 (6099): 1190-5. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1222794
5. Ein Katalog veröffentlichter genomweiter Assoziationsstudien. http://www.genome.gov/gwastudies.
6. Hindorff LA, Sethupathy P, et al. 2009. Potenzielle ätiologische und funktionelle Implikationen genomweiter Assoziationsorte für menschliche Krankheiten und Merkmale. Proc Natl Acad Sci US A. 2009, 106: 9362-9367. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0903103106
7. St. Laurent G, Vyatkin Y und Kapranov P. Dark matter RNA beleuchtet das Rätsel genomweiter Assoziationsstudien. BMC Med 12, 97 (2014). DOI: https://doi.org/10.1186/1741-7015-12-97
8. Martin L, Chang HY. Aufdeckung der Rolle der genomischen „Dunklen Materie“ bei menschlichen Krankheiten. J Clin Invest. 2012;122 (5): 1589-1595. https://doi.org/10.1172/JCI60020
9. Das Babraham Institute 2020. Aufdecken, wie sich „dunkle Materie“-Regionen des Genoms auf entzündliche Erkrankungen auswirken. Veröffentlicht am 13. Mai 2020. Online verfügbar unter https://www.babraham.ac.uk/news/2020/05/uncovering-how-dark-matter-regions-genome-affect-inflammatory-diseases Zugriff am 14. Mai 2020.
10. Nasrallah, R., Imianowski, CJ, Bossini-Castillo, L. et al. 2020. Ein distaler Enhancer-Risiko-Locus 11q13.5 fördert die Unterdrückung der Kolitis durch Treg-Zellen. Natur (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2296-7
11. Dickel, DE et al. 2018. Für eine normale Entwicklung sind ultrakonservierte Enhancer erforderlich. Zelle 172, Ausgabe 3, P491-499.E15, 25. Januar 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.017
12. „Dunkle Materie“-DNA beeinflusst die Gehirnentwicklung DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-018-00920-x
13. Dunkle Materie ist wichtig: Unterscheiden von subtilen Blutkrebsarten mit dem dunkelsten DNA-DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007332
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