Não há muito tempo, a difícil-à-seqüência, ADN altamente repetitivo, gene-deficiente encontrado nas regiões de cromossomas conhecidos como o heterochromatin foi chamada “sucata.” Como a matéria escura no universo, a verdadeira natureza do heterochromatin era desconhecida.
Agora os membros do Genoma do Heterochromatin da Drosófila Projectam-se (DHGP), dirigido por Gary Karpen do Ministério do Laboratório Nacional do Lawrence Berkeley da Energia, estão aproximando um conjunto completo, um traço, e uma análise funcional daquelas parcelas (a não ser repetições simples) do ADN heterochromatic do melanogaster da Drosófila, a mosca de fruto. Os resultados confirmam que o heterochromatin é longe da mera sucata.
“A Maioria de heterochromatin do pensamento dos pesquisadores teve quase nenhuma função, porque pareceu faltar os genes da proteína-codificação que ocorrem tão rica nos cromossomas mais acessíveis e melhor-estudaram o euchromatin,” diz Karpen, um cientista superior na Divisão de Ciências da Vida do Laboratório de Berkeley e um professor da adjunção da pilha e da biologia molecular na Universidade Da California em Berkeley. “Tem-se tornado Nos últimos anos aparente que o heterochromatin é crítico para muitas funções essenciais.”
Os Avanços em arranjar em seqüência o heterochromatin da Drosófila superaram limitações técnicas precedentes, compreensão prolongada da organização do heterochromatin e constituição, e conduziram-nos à introspecção nova em como ajuda pilhas e organismos a sobreviver. Os resultados os mais atrasados do DHGP são relatados em um par de papéis na introdução do 15 de junho de 2007 da Ciência.
As seqüências heterochromatic anotadas revelam sobre 200 genes da proteína-codificação. O heterochromatin igualmente inclui outras características da importância biológica, incluindo as seqüências que codificam para a não-proteína-codificação RNAs e outros elementos funcionais, tais como RNAs pequeno que neutralizam elementos transposable, ou transposons -- DNAs similar aos vírus que hop em torno do genoma e são capazes de interromper a função do gene.
A “Drosófila é ideal para estudar a genómica por muitas razões, e especialmente para estudar o heterochromatin,” diz Susan Celniker, um cientista na Divisão de Ciências da Vida do Laboratório de Berkeley e um membro longtime do Projecto do Genoma da Drosófila de Berkeley (BDGP). “Sobre um terço do ADN total em uma mosca de fruto está o heterochromatin. A mosca fêmea tem 60 megabases calculados do heterochromatin” -- um megabase (Mb) é milhão bases, os blocos de apartamentos do nucleotide de ADN -- “e o homem tem um Mb 100 calculado, porque o cromossoma de Y, calculado em 40 Mb, é todo o heterochromatin.”
O Heterochromatin é concentrado nos centrómeros e nos telomeres do cromossoma. Em um cromossoma tipicamente curva-laço-dado forma, o centrómero é o nó. Os Centrómeros jogam um papel crucial na duplicação de controlo do cromossoma durante a divisão de pilha. Telomeres é os fim-tampões de um cromossoma; ajudam a impedir a acumulação de dano genomic.
O heterochromatin e o euchromatin são arranjados em seqüência usando um método chamado arranjar em seqüência da espingarda do inteiro-genoma. Celniker diz, “Nós mmói acima das moscas inteiras e produz bibliotecas de fragmentos do ADN de dois tamanhos, alguns que têm 2 kilobases de comprimento” -- um kilobase (Kb) é 1.000 bases -- “e alguns que têm 10 kilobases de comprimento. Os comprimentos Contíguos da seqüência são montados combinando sobreposições destes fragmentos. Com o euchromatin, grande, fragmentos da único-cópia monte-se praticamente, mas é mais duro saber umas partes mais curtos com muitas seqüências de repetição, típicas do heterochromatin, cabem junto.”
Assim a primeira seqüência “substancialmente completa” do genoma da Drosófila, publicada na Ciência em março de 2000 pelo Projecto do Genoma da Drosófila de Berkeley e pela Genómica de Celera, era realmente longe de completo. Deixou para fora um terço ou mais do genoma não cobrindo somente o euchromatin e os quase nenhuns da mosca de seu heterochromatin.
Diz Celniker, “Primeiramente nós devotou nossos esforços para a terminação do euchromatin, deixando a parte dos ricos da seqüência nas repetições, as regiões centromeric e telomeric, até mais tarde. O trabalho actual estende a seqüência naquelas regiões.”
Repetindo seqüências seja a indicação do heterochromatin, e há diversos tipos distintos. As repetições Simples, curtos são chamadas DNAs satélite, que tendem a se transformar umas próximas mais abundante os centrómeros, adicionando acima às centenas de milhares ou mesmo de milhões de bases de comprimento. Nestes “mares” do ADN satélite há “ilhas” das repetições do moderado-comprimento que totalizam somente os dez ou as centenas de kilobases, compo dos transposons ou dos fragmentos dos transposons.
Em outras regiões de heterochromatin, os transposons constituem o mar. Aqui as ilhas estão genes da único-cópia, ou a uns comprimentos do ADN que codifiquem para RNAs a não ser o RNA de mensageiro necessário para fazer proteínas, e de outros elementos funcionais.
Moderada repetindo fragmentos como transposons e genes da único-cópia foram montados comparando cópias numerosas com as seqüências originais ou suficientemente distintivas. O conjunto foi verificado combinando a aos clone de umas seqüências mais longas. Com o conjunto manual cuidadoso tomado até prático, os pesquisadores traçaram as seqüências a suas localizações físicas nos cromossomas. A seqüência e os mapas prepararam a terra para a fase seguinte no processo, a análise funcional do heterochromatin da mosca.
“Foi chamado Historicamente sucata. Nós expor para ver se havia alguma informação nessa sucata,” dizemos Chris Smith, anteriormente na Divisão de Ciências da Vida do Laboratório de Berkeley e agora em um professor adjunto da bioinformática na Universidade Estadual de San Francisco. “Nós usamos um encanamento de programas informáticos para analisar os dados crus da seqüência, à procura dos genes. Nós identificamos testes padrões dos codons que puderam indicar um tala-local do gene ou um promotor, por exemplo. Nós traçamos a evidência experimental derivada do mensageiro RNAs de volta à seqüência de harmonização do heterochromatin. E nós procuramos as seqüências similares a umas já conhecidas das bases de dados da proteína.” Estas aproximações do padrão a encontrar genes, Smith diz, é relativamente fáceis de executar no euchromatin mas mais duramente no heterochromatin, “porque é tão rico nas repetições.”
Smith e seus colegas encontraram a evidência para 230 a 254 genes da proteína-codificação no heterochromatin, pensaram previamente para conter uns meros 30 a 40 (o total da mosca é 14.000 ou mais). Muitos destes genes foram organizados bastante diferentemente dos genes no euchromatin, com diferenças muito mais longas (introns) entre as secções da codificação do gene (exons); ao contrário dos introns em genes euchromatic, estas diferenças longas consistiram quase inteiramente em repetir as seqüências derivadas dos transposons deficientes. A evidência sugere que os genes heterochromatic estejam regulados diferentemente dos euchromatic.
Além dos genes da proteína-codificação, os anotadores encontraram outros elementos significativos no heterochromatin, incluindo 13 genes da único-cópia que não codificam para proteínas mas para o RNA pequeno estrutura RNAs noncoding chamado.