Non molto tempo fa, il difficile-to-sequenza, altamente ripetitivo, povero di geni del DNA si trovano in regioni dei cromosomi noti come eterocromatina è stato chiamato "spazzatura". Come la materia oscura nell'universo, la vera natura di eterocromatina era sconosciuta.
Ora i membri del Eterocromatina Drosophila Genome Project (DHGP), diretto da Gary Karpen del Dipartimento di Energia del Lawrence Berkeley National Laboratory, si stanno avvicinando assemblaggio completo, mappatura e analisi funzionale di quelle parti (non ripete semplici) del DNA eterocromatiche di Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta. I risultati confermano che l'eterocromatina è tutt'altro che semplice spazzatura.
"La maggior parte dei ricercatori pensiero eterocromatina aveva funzione poco o niente, perché sembrava non hanno la geni codifica proteine che si verificano così riccamente in eucromatina più accessibile e meglio studiato i cromosomi '", dice Karpen, uno scienziato senior a Berkeley Lab Life Sciences Division e un professore associato di biologia cellulare e molecolare presso l'Università di California a Berkeley. "Negli ultimi anni è diventato evidente che l'eterocromatina è fondamentale per molte funzioni essenziali."
I progressi nel sequenziamento del eterocromatina Drosophila hanno superato precedenti limitazioni tecniche, conoscenza estesa di eterocromatina organizzazione e la costituzione, e ha portato a nuovi indizi su come aiuta le cellule e gli organismi sopravvivere. Gli ultimi risultati del DHGP sono riportati in un paio di articoli nel numero di giugno 2007 15, della Scienza.
Le sequenze commentate eterocromatici rivelano più di 200 geni codifica proteine. L'eterocromatina comprende anche altre caratteristiche di importanza biologica, comprese le sequenze che codificano per non codificanti proteine RNA e altri elementi funzionali, come piccoli RNA che neutralizzano elementi trasponibili, o trasposoni - DNA simile al virus che hop di tutto il genoma e sono capace di alterare la funzione del gene.
"Drosophila è l'ideale per lo studio della genomica per molte ragioni, e soprattutto per lo studio eterocromatina", dice Susan Celniker, uno scienziato nella divisione di Berkeley Lab Life Sciences e membro di lunga data del Berkeley Drosophila Genome Project (BDGP). "Più di un terzo del DNA totale in un moscerino della frutta è eterocromatina La mosca femmina ha circa 60 megabasi di eterocromatina." - Una megabase (Mb) è un milione di basi, i mattoni nucleotidi del DNA - "e il maschio ha una stima di 100 Mb, in quanto il cromosoma Y, stimati a 40 Mb, è tutto eterocromatina. "
Eterocromatina è concentrata in centromeri del cromosoma e telomeri. In un cromosoma di solito farfallino forma, il centromero è il nodo. Centromeri svolgono un ruolo cruciale nel controllare la duplicazione dei cromosomi durante la divisione cellulare. I telomeri sono un cromosoma di testate, ma aiutare a prevenire l'accumulo di danno genomico.
Sia eterocromatina e eucromatina sono sequenziati utilizzando un metodo chiamato con tutto il sequenziamento del genoma fucile. Celniker dice: "Abbiamo macinare tutto vola e producono librerie di frammenti di DNA di due taglie, alcuni che sono 2 kilobasi lungo" - un kilobase (Kb) è di 1.000 basi - "e alcuni che sono 10 kilobasi lunghezze contigui di. sequenza vengono assemblati da sovrapposizioni di corrispondenza di questi frammenti. Con eucromatina, grande, singola copia frammenti praticamente si assemblano, ma è più difficile sapere come pezzi più brevi con molte sequenze ripetute, tipiche di eterocromatina, in forma insieme ".
Così la prima sequenza di "sostanzialmente completa" del genoma della Drosophila, pubblicato su Science nel marzo 2000 dal Berkeley Drosophila Genome Project e la Celera Genomics, era in realtà tutt'altro che completo. Ha lasciato fuori un terzo o più del genoma, coprendo solo eucromatina della mosca e quasi nessuno dei suoi eterocromatina.
Celniker dice: "Prima abbiamo dedicato i nostri sforzi verso la finitura della eucromatina, lasciando la parte della sequenza ricca di ripetizioni, le regioni centromerica e telomerica, a più tardi. Il presente lavoro si estende la sequenza in quelle regioni."
Sequenze ripetute sono il segno distintivo di eterocromatina, e ci sono vari tipi distinti. Semplice, si ripete a breve sono chiamati DNA satellite, che tendono a diventare più abbondanti in prossimità del centromeri, aggiungendo fino a centinaia di migliaia o addirittura milioni di basi di lunghezza. In questi "mari" di DNA satelliti ci sono "isole" di moderata lunghezza ripete per un totale di solo una decina o centinaia di kilobasi, costituito da trasposoni o frammenti di trasposoni.
In altre regioni di eterocromatina, i trasposoni costituiscono il mare. Qui le isole sono sola copia dei geni, o le lunghezze di DNA che codificano per RNA diversi l'RNA messaggero necessari per produrre proteine, e altri elementi funzionali.
Moderatamente ripetendo frammenti come trasposoni e in singola copia geni sono state assemblate confrontando numerose copie con sequenze uniche o sufficientemente distintivo. L'assemblea è stata controllata da corrispondenti a cloni di sequenze più lunghe. Con il montaggio manuale scrupoloso adottate per quanto pratico, i ricercatori hanno mappato le sequenze della loro collocazione fisica sui cromosomi. La sequenza e le mappe preparato il terreno per la prossima fase del processo, l'analisi funzionale delle eterocromatina della mosca.
"Storicamente è stato chiamato spazzatura. Siamo partiti per vedere se c'era qualche informazione in spazzatura," dice Chris Smith, già nei Rami Vita Berkeley Lab Scienze e ora professore assistente di bioinformatica alla San Francisco State University. "Abbiamo utilizzato una pipeline di programmi informatici per analizzare i dati grezzi sequenza, alla ricerca di geni. Identificati modelli di codoni che potrebbero indicare un gene splice-site o da un promotore, per esempio. Abbiamo mappato la prova sperimentale derivato di RNA messaggeri indietro la sequenza di eterocromatina corrispondenti. E abbiamo cercato sequenze simili a quelli già noti da database di proteine ". Questi approcci standard per trovare i geni, dice Smith, sono relativamente facili da eseguire in eucromatina, ma più in eterocromatina, "perché è così ricco di ripetizioni."
Smith ei suoi colleghi hanno trovato prove per 230-254 geni codifica proteine nel eterocromatina, si pensasse a contenere a soli 30 a 40 (totale della mosca è di 14.000 o più). Molti di questi geni sono state organizzate in maniera diversa dai geni in eucromatina, con spazi molto più lungo (introni) tra le sezioni di codifica del gene (esoni), a differenza del introni nei geni eucromatiche, queste lacune lungo consisteva quasi interamente di ripetere sequenze derivate da disabili trasposoni. L'evidenza suggerisce che i geni eterocromatici sono regolati in modo diverso da quelli eucromatiche.
Oltre geni codifica proteine, i commentatori trovato altri elementi significativi nel eterocromatina, di cui 13 singola copia geni che non codificano per le proteine, ma per piccole strutture di RNA chiamato RNA non codificante.