Decrypted function of junk DNA

Onderzoekers bepalen de functie van het vermeende DNA-afval

08/09/2012

Elf jaar na het decoderen van het menselijk genoom door het Human Genome Project, heeft een internationaal onderzoeksteam een ​​nieuwe belangrijke stap gezet in het begrijpen van de blauwdruk van het leven. Honderden wetenschappers van de ENCODE project, geleid door de Nationale Genome Research Institute in de VS en de EMBL-European Bioinformatics Institute in het Verenigd Koninkrijk, komt nu met een gedetailleerde kaart van de functies van het menselijk genoom, en identificeerde vier miljoen zogenaamde gen switch.

Aangezien het decoderen van het menselijk genoom als onderdeel van de "Human Genome Project" meer dan een decennium, moleculaire biologen de vraag waarom slechts twee procent van het genetisch materiaal van genen bestaan ​​die dienen als leidraad voor de vorming van proteïnen wereldwijd geïntroduceerd. Theoretisch zouden in de loop van de evolutie deze zogenaamd nutteloze componenten van het genoom, ook bekend als junk-DNA, kunnen zijn verdwenen. Maar het rommel-DNA is absoluut niet overbodig, het vervult de onderzoekers van het ENCODE-project, een cruciale regulerende functie voor de activiteit van genen. De wetenschappers hebben hun resultaten gepubliceerd in meer dan 30 artikelen in de drie gerenommeerde wetenschappelijke tijdschriften "Nature", "Genome Biology" en "Genome Research".

Vier miljoen gen-switches geïdentificeerd
Negen jaar lang hebben onderzoekers over de hele wereld gewerkt aan het ENCODE-project om genomische gebieden te bestuderen buiten de gensequenties die worden gebruikt om eiwitten te bouwen. Ze ontdekten een verrassend verreikende functie van het rommel-DNA. Vier miljoen geïdentificeerde gensperschillen bepalen de activiteit van de genen. "Mutaties in deze regio's kunnen leiden tot ziekten bij de mens", meldt het European Bioinformatics Institute in een recent persbericht. Het aantal geïdentificeerde genschakelaars is verbazingwekkend hoog, benadrukte de directeur van het instituut, Rolf Apweiler. Het rommel-DNA is eigenlijk een "controlepaneel" met miljoenen controles die de activiteit van de genen bepalen. "80 procent van het genoom is op de een of andere manier bij deze verordening betrokken", schrijven de onderzoekers van het ENCODE-project.

Geïdentificeerde genswitches in het rommel-DNA regelen de genactiviteit
Een totaal van 442 wetenschappers uit de Verenigde Staten, Groot-Brittannië, Spanje, Singapore en Japan zijn in de afgelopen negen jaar betrokken geweest bij de studie van menselijke genen als onderdeel van het ENCODE-project. Ze sequenced meer dan 1600 genomes uit 147 weefseltypes. Ze verzamelden de enorme hoeveelheid van 15 terabytes onbewerkte gegevens, die vervolgens werden geanalyseerd. Aanvankelijk concentreerden de onderzoekers zich op de gebieden van het genoom, die rechtstreeks verantwoordelijk zijn voor de constructiehandleiding van de eiwitten. Dit waren echter slechts twee procent van het genoom. De volgende onderzoeken waren in het bijzonder gewijd aan de analyse van zogenaamd junk-DNA. Hier identificeerden wetenschappers vier miljoen genswitches die bijdragen aan de productie van miljoenen verschillende eiwitten via de regulatie van genactiviteit. Elk gen kan worden in- en uitgeschakeld, maar ook op minstens twee tot drie verschillende manieren worden gelezen, legde het hoofd van het European Bioinformatics Institute uit. Deze genversies worden transcripten genoemd.

Hoge complexiteit van gen-switches maakt het moeilijk om ziekten te begrijpen
Dr. Michael Snyder, hoogleraar en voorzitter van de Stanford University en hoofdonderzoeker van ENCODE, legde uit dat het project de resultaten zal opleveren, "we moeten kijken achter de lineaire structuur van het genoom en om het hele netwerk te identificeren." ENCODE maakt een diepe Inzicht in de 'lus die ons vertelt hoe alle onderdelen samenkomen om een ​​complexe entiteit te vormen', vervolgt Snyder. Het resultaat is echter fascinerend en frustrerend tegelijk, voegde Rolf Apweiler eraan toe. De complexiteit van de functie van de vier miljoen genschakelaar is simpelweg zo hoog dat een eenvoudige oorzaak-gevolgrelatie met betrekking tot bepaalde ziekten moeilijk te bepalen is. Het uiteindelijke doel van het werk is om medicijnen te ontwikkelen die goedkoper, effectiever en veiliger zijn dan de huidige, maar de ontwikkeling van ziekten is veel complexer dan eerder werd gedacht. Apweiler vroeg zich daarom af "of onze hersencellen ooit voldoende zullen zijn" om te begrijpen hoe een ziekte zich ontwikkelt en hoe ze in dit proces kan ingrijpen.

Het circuitdiagram van het leven ontcijferen
Niettemin zijn de wetenschappers overtuigd van het belang van hun onderzoeksresultaten. De gratis publicatie van de gegevens is een mijlpaal in het genoomonderzoek. Het ENCODE-project levert een belangrijke bijdrage "aan het begrijpen van het menselijke schema", zei Michael Snyder. Naast het fundamentele begrip van de biologie, is het ook mogelijk om de gegevens te gebruiken om de studie van genetische invloeden op de ontwikkeling van ziekten te onderzoeken. "We beginnen de informatie te begrijpen die wordt gegenereerd in genoom-brede associatiestudies", zegt Snyder. Verschillende studies die het genoom van mensen met complexe ziekten, zoals diabetes, hartziekten, hartziekten of obesitas, vergelijken met gezonde individuen zijn gepubliceerd. Deze hebben echter de meeste verschillen gelokaliseerd buiten de gensequenties die verantwoordelijk zijn voor eiwitvorming.

Encyclopedie over de functie van het genoom
In het licht van de resultaten van het ENCODE-project verschijnen deze genoomwijde associatiestudies in een heel ander licht, legde Rolf Apweiler uit. De aandacht ligt nu op de miljoenen van genetische schakelaars die significante invloed heeft op de ontwikkeling van ziekten lijken tot nu toe de regulerende elementen zijn waarschijnlijk verdachten in de nabijheid van het gen sequenties haben.Während dat de vorming van eiwitten te bepalen, rapporteerden de onderzoekers in de loop van de ENCODE project dat de relatief ver verwijderde delen ook een rol spelen. Volgens de onderzoekers is een dergelijke uitgebreide analyse van het genoom mogelijk gemaakt door significante vooruitgang in de sequentietechnologie, die niet alleen genetische analyse sneller maar ook veel goedkoper maakte. "De eerste menselijk genoom te ontcijferen kost ongeveer 500 miljoen euro, tegenwoordig kun je de genetische samenstelling van een persoon voor 1.000 tot 1.500 euro ontcijferen" het hoofd van het European Bioinformatics Institute gezegd. Dankzij de nieuwe mogelijkheden hebben "we zijn nu een interactieve encyclopedie waaraan iedereen kan vertellen wat een groot verschil" zal in toekomstig onderzoek te maken, het ook deelnemen aan het project Spaanse onderzoekers Roderic Guigo van het Centre de Regulació Genomica (CRG) in Barcelona. (Fp)

Lees over:
DNA-genomisch afval met grote voordelen
Sport verandert DNA na een korte tijd
Omgeving verandert het genoom in de baarmoeder
Roken beschadigt genetisch materiaal in een paar minuten
Genetische mutatie bij autisme door sperma
Meyenburg-prijs voor ontwikkeling van nanoscopie