Niet zo lang geleden, werd de moeilijk-aan-opeenvolging, hoogst herhaald, gen-armen DNA die in gebieden van chromosomen wordt gevonden die als heterochromatin worden bekend genoemd „troep.“ Als donkere kwestie in het heelal, was de ware aard van heterochromatin onbekend.
Nu leden van het Heterochromatin van het Fruitvliegje Project van het Genoom (DHGP), naderen die door Gary Karpen van het Nationale Laboratorium van Lawrence Berkeley van het Ministerie van Energie worden de geleid, een volledige assemblage, een afbeelding, en een functionele analyse van die gedeelten (buiten eenvoudige herhalingen) van heterochromatic DNA van Fruitvliegje melanogaster, de fruitvlieg. De resultaten bevestigen dat heterochromatin verre van zuivere troep is.
„Meeste onderzoekers gedachte heterochromatin had weinig of geen functie, omdat het scheen om de eiwit-codeert genen niet te hebben die zo rijk in toegankelijkere en beter-bestudeerde euchromatin van de chromosomen voorkomen,“ zegt Karpen, een hogere wetenschapper in de Afdeling van de Wetenschappen van het Leven van het Laboratorium van Berkeley en een toevoegselprofessor van cel en moleculaire biologie bij de Universiteit van Californië in Berkeley. „De laatste jaren is het duidelijk geworden dat heterochromatin voor vele essentiële functies.“ kritiek is
De Vooruitgang in het rangschikken van heterochromatin van het Fruitvliegje heeft vorige technische beperkingen, uitgebreid begrip van heterochromatin organisatie en grondwet, overwonnen en geleid tot nieuw inzicht in hoe het cellen en organismen helpt overleven. De recentste resultaten van DHGP worden gemeld in een paar documenten in 15 Juni, de kwestie van 2007 van Wetenschap.
De geannoteerde heterochromatic opeenvolgingen openbaren meer dan 200 eiwit-codeert genen. Heterochromatin omvat ook andere eigenschappen van biologisch belang, met inbegrip van opeenvolgingen die voor niet-eiwit-codeert RNAs en andere functionele elementen, zoals kleine RNAs coderen die transposable elementen, of transposons neutraliseren -- DNAs gelijkend op virussen dat hop rond het genoom en kan genfunctie onderbreken.
Het „Fruitvliegje is ideaal voor het bestuderen van genomica om vele redenen, en vooral voor het bestuderen van heterochromatin,“ zegt Susan Celniker, een wetenschapper in de Afdeling van de Wetenschappen van het Leven van het Laboratorium van Berkeley en een oud lid van het Project van het Genoom van het Fruitvliegje van Berkeley (BDGP). „Meer Dan een derde van totale DNA in een fruitvlieg is heterochromatin. De vrouwelijke vlieg heeft geschatte 60 megabases van heterochromatin“ -- een megabase (Mb) is miljoen basissen, de nucleotidebouwstenen van DNA -- „en het mannetje heeft geschatte 100 Mb, omdat het chromosoom van Y, geschat op 40 Mb, al heterochromatin.“ is
Heterochromatin is geconcentreerd in centromeres van het chromosoom en telomeres. In een typisch boog-band-vormig chromosoom, is centromere de knoop. Centromeres spelen een essentiële rol in het controleren van chromosoomverdubbeling tijdens celafdeling. Telomeres is de eind-kappen van een chromosoom; zij helpen de accumulatie van genomic schade verhinderen.
Zowel worden heterochromatin als euchromatin gerangschikt gebruikend een geroepen methode geheel-genoomjachtgeweer het rangschikken. Celniker zegt, „Wij malen omhoog gehele vliegen en produceren bibliotheken van de fragmenten van DNA van twee grootte, wat die 2 kilobases lang“ zijn -- kilobase (Kb) is 1.000 basissen -- „en wat die 10 kilobases lang zijn. De Aangrenzende lengten van opeenvolging worden geassembleerd door overlappingen van deze fragmenten aan te passen. Met euchromatin, groot, assembleren de enig-exemplaarfragmenten zich praktisch, maar het is moeilijker om te weten hoe kortere stukken met velen die opeenvolgingen, typisch van heterochromatin, pasvorm samen herhalen.“
Aldus was de eerste „wezenlijk volledige“ genoomopeenvolging van Fruitvliegje, die in Wetenschap in Maart, 2000 door het Project van het Genoom van het Fruitvliegje van Berkeley en de Genomica Celera wordt gepubliceerd, eigenlijk verre van volledig. Het verliet uit een derde of meer van het genoom door slechts euchromatin van de vlieg en bijna niets van zijn heterochromatin te behandelen.
Zegt Celniker, „wijdden wij Eerst onze inspanningen naar het beëindigen van euchromatin, verlatend het deel van de opeenvolgingsrijken in herhalingen, de centromeric en telomeric gebieden, tot later. Het huidige werk breidt de opeenvolging in die gebieden uit.“
Herhalend opeenvolgingen zijn de stempel van heterochromatin, en er zijn verscheidene verschillende soorten. De Eenvoudige, korte herhalingen worden genoemd satellietDNAs, die overvloedigere dichtbijgelegen neigen te worden centromeres, kloppend aan honderdduizenden of zelfs miljoenen basissen in lengte. In deze „overzees“ van satellietDNA zijn er „eilanden“ van gematigd-lengte herhaalt het bedragen van slechts tientallen of honderden kilobases, die uit transposons of fragmenten van transposons worden samengesteld.
In andere gebieden van heterochromatin, vormen transposons het overzees. Hier zijn de eilanden enig-exemplaargenen, of lengten van DNA die voor RNAs buiten boodschappersRNA nodig coderen om proteïnen te maken, en andere functionele elementen.
Matig herhalend fragmenten zoals transposons en enig-exemplaargenen werden geassembleerd door talrijke exemplaren met unieke of voldoende distinctieve opeenvolgingen te vergelijken. De assemblage werd gecontroleerd door het aan klonen van langere opeenvolgingen aan te passen. Met de nauwgezette handassemblage die zover als praktisch wordt genomen, brachten de onderzoekers de opeenvolgingen aan hun fysieke plaatsen op de chromosomen in kaart. De opeenvolging en de kaarten bereidden de grond voor het volgende stadium in het proces, de functionele analyse van voor heterochromatin van de vlieg.
„Historisch werd het genoemd troep. Wij trachtten te zien of was er om het even welke informatie in die troep,“ zeggen Chris Smith, vroeger in de Afdeling van de Wetenschappen van het Leven van het Laboratorium van Berkeley en nu een hulpprofessor van bio-informatica bij de Universiteit van de Staat van San Francisco. „Wij gebruikten een pijpleiding van computerprogramma's om de ruwe opeenvolgingsgegevens, op zoek naar genen te analyseren. Wij identificeerden patronen van codon die op een gen las-plaats of op een promotor zouden kunnen wijzen, bijvoorbeeld. Wij brachten experimenteel afgeleid bewijsmateriaal van boodschapper RNAs terug naar de passende heterochromatin opeenvolging in kaart. En wij zochten opeenvolgingen gelijkend op degenen die reeds van eiwitgegevensbestanden worden gekend.“ Deze standaardbenaderingen van het vinden van genen, Smith zegt, zijn vrij gemakkelijk om in euchromatin maar harder in heterochromatin te presteren, „omdat het aan herhalingen.“ zo rijk is
Smith en zijn collega's vonden bewijsmateriaal voor 230 tot 254 eiwit-codeert genen in heterochromatin, die eerder wordt verondersteld om zuivere 30 tot 40 (het totaal van de vlieg is 14.000 of meer) te bevatten. Veel van deze genen werden georganiseerd vrij verschillend van genen in euchromatin, met veel langere hiaten (introns) tussen de codagesecties van het gen (exons); in tegenstelling tot introns in euchromatic genen, bestonden deze lange hiaten bijna volledig uit het herhalen van opeenvolgingen die uit gehandicapten worden afgeleid transposons. Het bewijsmateriaal stelt voor dat de heterochromatic genen van euchromatic degenen verschillend geregeld zijn.
Naast eiwit-codeert genen, vonden de makers van verklarende aantekeningen op een werk andere significante elementen in heterochromatin, met inbegrip van 13 enig-exemplaargenen die niet voor proteïnen coderen maar voor klein RNA structureert het geroepen noncoding RNAs.