En Oregon Health & Science Universitet -ledet utvikling av en teknikk for å identifisere betjeningselementer som driver uttrykket av gener i hjerneceller kan utløse sykdommen-kampene potensial mye hyllet menneskelige genom.
Forskere ved OHSU Vollum Institute , som ledet den tverrfaglige studien vises i den 29 desember utgaven av tidsskriftet Cell , ringer tilnærmingen et betydelig fremskritt i forståelsen av genomet.
Den Vollum direktør, Richard Goodman, MD, Ph.D., professor i celle-og utviklingsbiologi, og biokjemi og molekylær biologi, OHSU School of Medicine, sa teknikken kunne gi en kritisk løft til den nye æra av genomisk oppdagelse fastsatt når Human Genome Project ble avsluttet tidlig i fjor.
"Spørsmålet var hvordan å forstå den enorme mengden av genomisk informasjon som er generert," Goodman sa. "Vår tilnærming vil bidra til å låse den regulatoriske kontroll av genomet."
Tilnærmingen kan øke forståelsen av stiene bak genetiske avvik som forårsaker diabetes, Parkinsons sykdom, hjertesykdom, kreft og andre sykdommer, sa han.
Den Vollum lagets teknikk, utviklet i samarbeid med forskere ved Brookhaven National Laboratory i Upton, NY, og State University of New York, Stony Brook, et resultat av en innsats av Soren Impey, Ph.D., i Goodman laboratorium å karakterisere en familie av gener regulert av "cAMP respons element binding" protein, eller CREB. Dette godt karakterisert molekylet er blant en gruppe proteiner som kalles transkripsjonsfaktorer som samhandler med regulatoriske elementer i DNA som er ansvarlig for å øke eller redusere nivået av genuttrykk i celler.
Teknikken innebærer å knytte DNA fra en celle med transkripsjonsfaktor protein, så å isolere den komplekse gjennom en prosess som kalles immunoprecipitation. Strimler av 21-nucleotide lange DNA blir deretter frigjort fra immunoprecipitated DNA for å skape "genomisk signatur tags", som deretter identifisert i den internasjonale genomet database. Metoden avdekket ca 6300 regulatoriske regioner som tilordnes til forskjellige områder på genomet.
"En del av disse regionene høydepunkt nye gener," sier Impey, assisterende professor i nevrologi, OHSU School of Medicine, og studiens hovedforfatter.
Goodman kaller prosessen "den mest omfattende analysen til dato i en metazoan system - det vil si en flercellet system -. Hvor transkripsjonsfaktorer binder seg til sine genomisk mål" Det gir forskerne et system for gruvedrift hele genomet for alle de regulatoriske områder som involverer en bestemt transkripsjonsfaktor protein.
"Du kan begynne å sette sammen en transcriptional kart over veier som er involvert i cellulære funksjon," sa han. "I det siste er det kun vært mulig å se på en svært liten del av genomet, men nå kan vi se på hele greia. Det er et stort skritt framover."
David Ginty, Ph.D., professor i nevrovitenskap ved The Johns Hopkins University School of Medicine i Baltimore, studier molekylær kontroll av vekst og overlevelse av nerveceller i utviklingsland virveldyr nervesystemet som Howard Hughes Medical Institute etterforsker. Han sier utfordringen å utnytte det menneskelige genom har vært å avdekke forholdet mellom identifiserte gener og å forstå hvordan komplekse mønstre av genuttrykk skje.
Men Goodman lab oppdagelse Ginty sagt, vil hjelpe forskerne å forstå hvordan transkripsjonsfaktorer koordinere komplekse genetiske mønstre, og derfor hvordan ulike celler blir laget og hvordan de fungerer.
"Studien etablerer et vakkert enkel tilnærming til å identifisere mekanismer av komplekse genomisk kontroll", sa han. "Metoden skal være nyttig for å etablere hvordan sett av gener er slått på eller av i en gitt celle type, og hvordan cellulære og funksjonelle mangfold er oppnådd."
Utforskning av det humane genomet har vært vanvittig siden International Human Genome Sekvensering Consortium, ledet i USA av National Human Genome Research Institute, og Department of Energy, og The Institute for Genomisk Research (TIGR), et privat genom sekvensering selskap, annonsert ferdigstillelse av Human Genome Project mer enn to år foran skjema i april 2003. Mellom 20.000 og 25.000 gener som koder for proteiner som utfører de fleste livsfunksjoner ble funnet. Men det var et problem.
"Det er ikke så veldig mange gener," Goodman sa. "Og så, på en måte, å erklære genomet løst var litt tilfeldig fordi det er løst når du virkelig forstår det. Hvis du ser på genomet, eller databasen som genomet forutsatt, hva du har er en haug med brev og det har å bli dekodet å forstå hva disse bokstavene betyr. "
Goodman sammenlignet genomet til en telefon bok hvor navnene var ispedd "med mye tull brev", og navnene selv var brutt i stykker. "Og snarere enn å ha 26 bokstaver, er det bare fire, og de er alle blandet opp," sa han. "Det er vanskelig å vite hvor genene start og stopp."