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人類(lèi)基因組遠(yuǎn)比基因更復(fù)雜
  • 發(fā)布日期：2012-09-11      瀏覽次數(shù)：1578
      • 　　由美國(guó)人類(lèi)基因組研究所資助的一個(gè)規(guī)模巨大的性項(xiàng)目，稱為DNA元素百科全書(shū)（ENCODE），9月5日，有6篇論文在《自然》、24篇論文在《基因組研究和基因組生物學(xué)》、2篇論文在《科學(xué)》發(fā)表。32個(gè)機(jī)構(gòu)和442個(gè)研究人員，參加了這個(gè)項(xiàng)目的研究。該項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)：人類(lèi)基因組DNA，包括略少于21000個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因，8800個(gè)小RNA分子，9600個(gè)長(zhǎng)非編碼RNA分子，11224個(gè)假基因。只有不到3%的基因組的基因，能夠編碼蛋白質(zhì)。約有80%的基因組是具有生物活性的?；蚪MDNA的76%轉(zhuǎn)錄成多種RNA。部分堿基，轉(zhuǎn)變成RNA鏈，執(zhí)行基因調(diào)控等功能。許多堿基在人類(lèi)生物學(xué)中起作用，如有助于決定一個(gè)基因的起動(dòng)和終止。許多堿基僅落在化學(xué)修飾的位置，成為染色體的一些沉默片段。絕大多數(shù)堿基，沒(méi)有什么用處。400萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)是控制基因活性的開(kāi)關(guān)，給每一類(lèi)型細(xì)胞以*的基因組標(biāo)識(shí)。創(chuàng)建的ENCODE圖譜，可以放大查看自染色體到單個(gè)堿基和開(kāi)關(guān)，那些堿基是否產(chǎn)生RNA，或是在哪些地方與DNA調(diào)控蛋白相結(jié)合。一些科學(xué)家，正在利用ENCODE的信息于多種疾病和表觀遺傳學(xué)的研究。ENCODE的研究結(jié)果，將改變?nèi)藗儗?duì)人類(lèi)基因組的思維方式
      　　
      　　伊利莎白·派尼茜（ElizabethPennisi），美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)，2012年9月5日
      　　
      　　一個(gè)規(guī)模巨大的項(xiàng)目已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人類(lèi)基因組——1個(gè)人遺傳信息的總和——在學(xué)校學(xué)習(xí)的青少年的基因組，含有比編碼蛋白質(zhì)的基因多得多的遺傳信息。20世紀(jì)90年代后期，研究人員決定對(duì)人類(lèi)基因組進(jìn)行序列測(cè)定，那時(shí)，他們專(zhuān)注于發(fā)現(xiàn)那些傳統(tǒng)意義上的基因，以便鑒定出生命必須的全部蛋白質(zhì)。每一個(gè)基因，被認(rèn)為是一個(gè)離散的DNA片段；它的DNA堿基的順序——大家所熟悉的“字母”分子是構(gòu)建DNA片段的元素——認(rèn)為是用于編碼一種特定的蛋白質(zhì)。但是，破譯人類(lèi)基因組的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，令他們驚訝的是，只有不到3%基因組的基因，能夠編碼蛋白質(zhì)。其中，其他的數(shù)十億堿基，幾乎是沒(méi)有用處的。
      　　
      　　現(xiàn)在，一個(gè)美資項(xiàng)目，稱為DNA元素百科全書(shū)（ENCODE），不管怎么說(shuō)，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多堿基，在人類(lèi)生物學(xué)中起著作用：例如，它們有助于決定一個(gè)基因的啟動(dòng)和終止。例如，它可以調(diào)節(jié)一個(gè)腎細(xì)胞或另一個(gè)腦細(xì)胞。耶魯大學(xué)的生物信息學(xué)家馬克·格斯坦（MarkGerstein）說(shuō)：“基因組遠(yuǎn)比基因更復(fù)雜。”
      　　
      　　來(lái)自這個(gè)項(xiàng)目的真知灼見(jiàn)，有助于研究人員了解疾病和遺傳之間的關(guān)系。位于英國(guó)辛克斯頓的歐洲生物信息學(xué)研究所的生物信息學(xué)家伊萬(wàn)·伯尼（EwanBirney）說(shuō)：“我們正被告知研究疾病的一種方法，除此之外，這將是非常困難的。”
      　　
      　　作為ENCODE的組成部分，32個(gè)機(jī)構(gòu)做計(jì)算機(jī)分析、生化測(cè)試和142個(gè)細(xì)胞類(lèi)型的測(cè)序研究——6個(gè)是相當(dāng)廣泛地——找出30億個(gè)堿基中的每一個(gè)堿基的功能。ENCODE的442個(gè)研究人員，今天（2012年9月5日）在《自然》雜志報(bào)告，約有80%的基因組是具有生化活性的。其他的堿基，轉(zhuǎn)變成RNA鏈，執(zhí)行它們自己的功能，例如基因調(diào)控。（RNA通常被認(rèn)作有助于制造蛋白質(zhì)的起中介作用的信使分子，但ENCODE指出，更多的RNA是一種終端產(chǎn)品，并不用于制造蛋白質(zhì)。）而許多堿基僅僅落在化學(xué)修飾的位置，用作我們?nèi)旧w的一些沉默片段。
      　　
      　　科學(xué)家們關(guān)于基因的認(rèn)識(shí)，在ENCODE的結(jié)果中，是如何不斷變化的。該項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，約有基因組DNA的76%，被轉(zhuǎn)錄成一種或另一種樣子的RNA，比研究人員原初預(yù)計(jì)的更多。人類(lèi)基因組DNA包括，略少于21000個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因（一些研究人員曾經(jīng)估計(jì)我們有超過(guò)10萬(wàn)個(gè)這樣的基因）；8800個(gè)小RNA分子和9600個(gè)長(zhǎng)非編碼RNA分子，這些“基因”中的每一個(gè)至少有200個(gè)堿基的長(zhǎng)度；以及11224個(gè)DNA片段被歸類(lèi)為假基因，目前已知這種“不運(yùn)行”的基因，在某些類(lèi)型細(xì)胞或單個(gè)細(xì)胞中，事實(shí)上是具有活性的。此外，定義這些基因的起始端和編碼區(qū)的努力，顯示了這些基因可以重疊，并有多個(gè)起始端和終末端。
      　　
      　　該項(xiàng)目在我們的DNA中，發(fā)現(xiàn)了400萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)，作為控制基因活性的開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)關(guān)離基因既可以遠(yuǎn)也可以近，它們?cè)诓煌?lèi)型細(xì)胞的不同組合中，調(diào)節(jié)和發(fā)揮作用，給每一類(lèi)型細(xì)胞以*的基因組標(biāo)識(shí)。此外，至少由基因組產(chǎn)生的一些RNA鏈，也有助于控制由特定基因活動(dòng)產(chǎn)生的幾個(gè)蛋白質(zhì)。因此，基因的調(diào)控，不斷證明要比曾經(jīng)預(yù)期的復(fù)雜得多。
      　　
      　　這些和其他的研究結(jié)果，今天有6篇論文發(fā)表在《自然》，以及有24篇論文發(fā)表在《基因組研究和基因組生物學(xué)》。另外的2篇論文在線發(fā)表于今天的《科學(xué)》。在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，ENCODE創(chuàng)建了一份圖譜，顯示出所有不同堿基所起的作用。位于馬里蘭州貝塞斯達(dá)的資助ENCODE的國(guó)家人類(lèi)基因組研究所的一個(gè)項(xiàng)目主管，愛(ài)麗絲·法因戈?duì)柕拢‥liseFeingold）說(shuō)：“對(duì)人類(lèi)基因組來(lái)說(shuō)，這份圖譜好像谷歌地圖一樣。”人們可以在谷歌地圖上，選擇不同的視圖，來(lái)觀察地球表面某一景觀的不同方面。同樣，在這份ENCODE圖譜中，例如，人們可以放大自染色體水平到單個(gè)堿基和開(kāi)關(guān)，來(lái)查看那些堿基是否產(chǎn)生RNA，或是在那些地方與DNA調(diào)控蛋白相結(jié)合。
      　　
      　　位于西雅圖的華盛頓大學(xué)的一個(gè)ENCODE研究人員約翰·A.斯泰馬圖延那泡勒斯（JohnA.Stamatoyannopoulos）說(shuō)，這份圖譜的目錄“將改變?nèi)藗冴P(guān)于對(duì)這個(gè)人類(lèi)基因組的思維方式和其實(shí)際的應(yīng)用。”
      　　
      　　他和其他的一些人，正在利用這種信息——這種信息中的許多已公開(kāi)地可以利用——用以了解關(guān)于遺傳對(duì)疾病的影響。許多大型的研究，已發(fā)現(xiàn)一些特定的堿基，與自糖尿病到關(guān)節(jié)炎范圍內(nèi)疾病的較高或較低風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)聯(lián)。現(xiàn)在，研究人員可注意觀察那些變異，是否涉及某些種類(lèi)的調(diào)控，如果是這樣的話，是哪些基因受到了調(diào)控。與ENCODE沒(méi)有關(guān)聯(lián)的加拿大多倫多大學(xué)分子生物學(xué)家馬修·拉品茵（MathieuLupien）說(shuō)，對(duì)他的癌癥和表觀遺傳學(xué)的研究而言，“ENCODE的數(shù)據(jù)是十分重要的。”