Advertisement

Hvernig hafa hin dularfullu „myrku efni“ svæði í erfðamengi mannsins áhrif á heilsu okkar?

Human Genome Project leiddi í ljós að ~1-2% af erfðamengi okkar myndar virk prótein á meðan hlutverk hinna 98-99% er enn óljóst. Vísindamenn hafa reynt að afhjúpa leyndardóma í kringum það sama og þessi grein varpar ljósi á skilning okkar á hlutverki þess og afleiðingum fyrir heilsu manna og sjúkdóma.

Frá því að Human Genome Project (HGP) lauk í apríl 20031, var talið að með því að þekkja alla röð erfðamengis mannsins sem samanstendur af 3 milljörðum basapöra eða „bókstafapörum“, þá verði erfðamengi opin bók sem rannsakendur myndu geta sýnt nákvæmlega hvernig flókin lífvera er manneskja. að vera verk sem mun að lokum leiða til þess að finna tilhneigingu okkar fyrir ýmis konar sjúkdóma, auka skilning okkar á hvers vegna sjúkdómur kemur upp og finna lækningu við þeim líka. Hins vegar varð ástandið mjög vandræðalegt þegar vísindamennirnir gátu aðeins greint hluta þess (aðeins ~1-2%) sem gerir starfhæf prótein sem ákvarða svipgerðatilveru okkar. Hlutverk 1-2% af DNA til að búa til starfræn prótein fylgir meginkenningunni í sameindalíffræði sem segir að DNA sé fyrst afritað til að búa til RNA, sérstaklega mRNA með ferli sem kallast umritun og síðan framleiðslu á próteini með mRNA með þýðingu. Á tungumáli sameindalíffræðingsins kóðar þessi 1-2% af erfðamengi mannsins fyrir starfhæf prótein. Hin 98-99% sem eftir eru eru nefnd „rusl DNA“ eða „dökkt efni“ sem framleiðir ekki neitt af virku próteinum sem nefnd eru hér að ofan og er flutt sem „farangur“ í hvert sinn sem manneskja fæðist. Til að skilja hlutverk hinna 98-99% erfðamengisins sem eftir eru, er ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) verkefnið2 var hleypt af stokkunum í september 2003 af National Human Genome Research Institute (NHGRI).

Niðurstöður ENCODE verkefnisins hafa leitt í ljós að meirihluti hulduefnisins samanstendur af DNA röðum sem ekki eru kóðaðar sem virka sem nauðsynlegir stjórnunarþættir með því að kveikja og slökkva á genum í mismunandi tegundum frumna og á mismunandi tímapunktum. Staðbundnar og tímabundnar aðgerðir þessara stjórnunarraða eru enn ekki alveg ljósar, þar sem sumir þessara (stýriefnaþátta) eru staðsettir mjög langt frá geninu sem þeir virka á en í öðrum tilfellum geta þeir verið nálægt saman.

Samsetning sumra svæða erfðamengis mannsins var þekkt jafnvel áður en Human Genome Project var hleypt af stokkunum þar sem ~8% af erfðamengi mannsins eru unnin úr veiru erfðamengi sem er innbyggt í DNA okkar sem innræna retroveira manna (HERV)3. Þessi HERV hafa verið tengd við að veita mönnum meðfædd ónæmi með því að virka sem stjórnunarþættir fyrir gena sem stjórna ónæmisvirkni. Virka mikilvægi þessara 8% var staðfest af niðurstöðum ENCODE verkefnisins sem benti til þess að meirihluti „myrkra efnisins virki sem regluverk.

Til viðbótar við niðurstöður ENCODE verkefnisins er mikið magn af rannsóknargögnum tiltækt frá síðustu tveimur áratugum sem benda til trúverðugs regluverks og þróunarhlutverks fyrir „myrka efnið“. Með því að nota erfðafræðilega tengslarannsóknir (GWAS), hefur verið greint frá því að meirihluti ókóðunlegra svæða DNA tengist algengum sjúkdómum og eiginleikum4 og afbrigði á þessum svæðum virka til að stjórna upphafi og alvarleika fjölda flókinna sjúkdóma eins og krabbameina, hjartasjúkdóma, heilasjúkdóma, offitu, ásamt mörgum öðrum5,6. GWAS rannsóknirnar hafa einnig leitt í ljós að meirihluti þessara ókóðandi DNA raða í erfðamenginu er umritaður (breytist í RNA úr DNA en ekki þýddur) yfir í ókóðandi RNA og truflanir á stjórnun þeirra leiða til mismunasjúkdómsvaldandi áhrifa.7. Þetta bendir til getu RNA sem ekki eru kóðaðar til að gegna stjórnunarhlutverki í þróun sjúkdómsins8.

Ennfremur er sumt af hulduefninu áfram sem DNA sem ekki er kóðað og virkar á reglubundinn hátt sem aukaefni. Eins og orðið gefur til kynna virka þessir aukaefni með því að auka (auka) tjáningu ákveðinna próteina í frumunni. Þetta hefur verið sýnt fram á í nýlegri rannsókn þar sem aukandi áhrif DNA svæðis sem ekki er kóðað gerir sjúklinga næma fyrir flóknum sjálfsofnæmis- og ofnæmissjúkdómum eins og þarmabólgu.9,10, sem leiðir þannig til auðkenningar á nýju hugsanlegu lækningamarkmiði til meðhöndlunar á bólgusjúkdómum. Aukaefnin í „myrka efninu“ hafa einnig verið bendluð við þroska heilans þar sem rannsóknir á músum hafa sýnt að eyðing þessara svæða leiðir til óeðlilegrar þróunar heilans.11,12. Þessar rannsóknir gætu hjálpað okkur að skilja betur flókna taugasjúkdóma eins og Alzheimers og Parkinsons. „Myrkt efni“ hefur einnig verið sýnt fram á að gegna hlutverki í þróun blóðkrabbameins13 eins og langvarandi mergfrumuhvítblæði (CML) og langvarandi eitilfrumuhvítblæði (CLL).

Þannig er „myrkt efni“ mikilvægur hluti af erfðamengi mannsins en áður hefur verið gert grein fyrir og hefur bein áhrif á heilsu manna með því að gegna eftirlitshlutverki í þróun og upphaf sjúkdóma í mönnum eins og lýst er hér að ofan.

Þýðir það að allt 'myrka efnið' sé annað hvort umritað í RNA sem ekki er kóðað eða gegnir aukahlutverki sem DNA sem ekki er kóðað með því að virka sem stjórnunarþættir sem tengjast tilhneigingu, upphaf og breytileika í hinum ýmsu sjúkdómum sem valda mönnum? Rannsóknirnar sem gerðar hafa verið fram að þessu sýna sterkan yfirgang fyrir sömu og fleiri rannsóknir á næstu árum munu hjálpa okkur að skilgreina nákvæmlega virkni alls 'myrka efnisins', sem mun leiða til auðkenningar nýrra skotmarka í von um að finna lækningu við lamandi sjúkdómar sem herja á mannkynið.

***

Tilvísanir:

1. „Verkefni mannlegs erfðamengis lokið: Algengar spurningar“. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Fæst á netinu á https://www.genome.gov/human-genome-project/Completion-FAQ Skoðað 17. maí 2020.

2. Smith D., 2017. Hin dularfulla 98%: Vísindamenn leitast við að skína ljósi á „myrka erfðamengið“. Fæst á netinu á https://phys.org/news/2017-02-mysterious-scientists-dark-genome.html Skoðað þann 17. maí 2020.

3. Soni R., 2020. Menn og vírusar: stutt saga um flókið samband þeirra og afleiðingar fyrir COVID-19. Scientific European Sent 08. maí 2020. Aðgengilegt á netinu á http://scientificeuropean.co.uk/humans-and-viruses-a-brief-history-of-their-complex-relationship-and-implications-for-COVID-19 Skoðað þann 18. maí 2020.

4. Maurano MT, Humbert R, Rynes E, o.fl. Kerfisbundin staðsetning á algengum sjúkdómstengdum breytingum í reglubundnu DNA. Vísindi. 2012 7. september;337(6099):1190-5. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1222794

5. Skrá yfir útgefnar rannsóknir á erfðamengi-Wide Association. http://www.genome.gov/gwastudies.

6. Hindorff LA, Sethupathy P, o.fl. 2009. Hugsanleg orsök og virkni afleiðingar af genamengi-breiðum tengingarstað fyrir sjúkdóma og eiginleika manna. Proc Natl Acad Sci US A. 2009, 106: 9362-9367. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0903103106

7. St. Laurent G, Vyatkin Y og Kapranov P. Myrkt efni RNA lýsir upp gátuna í rannsóknum á erfðamengi tengsla. BMC Med 12, 97 (2014). DOI: https://doi.org/10.1186/1741-7015-12-97

8. Martin L, Chang HY. Að afhjúpa hlutverk erfðafræðilegs „dökks efnis“ í sjúkdómum manna. J Clin Invest. 2012;122 (5): 1589-1595. https://doi.org/10.1172/JCI60020

9. Babraham Institute 2020. Að afhjúpa hvernig „dökk efni“ svæði í erfðamenginu hafa áhrif á bólgusjúkdóma. Birt 13. maí, 2020. Aðgengilegt á netinu á https://www.babraham.ac.uk/news/2020/05/uncovering-how-dark-matter-regions-genome-affect-inflammatory-diseases Skoðað þann 14. maí 2020.

10. Nasrallah, R., Imianowski, CJ, Bossini-Castillo, L. o.fl. 2020. Fjarlægur aukaefni í áhættustað 11q13.5 stuðlar að bælingu á ristilbólgu með Treg frumum. Náttúra (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2296-7

11. Dickel, DE o.fl. 2018. Ofurvarið aukaefni eru nauðsynleg fyrir eðlilega þróun. Cell 172, Issue 3, P491-499.E15, 25. janúar 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.017

12. 'Dark matter' DNA hefur áhrif á heilaþroska DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-018-00920-x

13. Myrkraefni skiptir máli: Að mismuna lúmsk blóðkrabbamein með því að nota myrkasta DNA DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007332

***

Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://www.RajeevSoni.org/
Dr. Rajeev Soni (ORCID ID: 0000-0001-7126-5864) er með doktorsgráðu. í líftækni frá háskólanum í Cambridge, Bretlandi og hefur 25 ára reynslu af störfum um allan heim í ýmsum stofnunum og fjölþjóðlegum fyrirtækjum eins og The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux og sem aðalrannsakandi hjá US Naval Research Lab í lyfjauppgötvun, sameindagreiningu, próteintjáningu, líffræðilegri framleiðslu og viðskiptaþróun.

Gerast áskrifandi að fréttabréfinu okkar

Til að uppfæra með öllum nýjustu fréttum, tilboðum og sérstökum tilkynningum.

Vinsælast Greinar

Þráðlaus „heilagangráð“ sem getur greint og komið í veg fyrir flog

Verkfræðingar hafa hannað þráðlausan „heilagangráð“ sem getur...

E-tattoo til að fylgjast stöðugt með blóðþrýstingi

Vísindamenn hafa hannað nýtt lagskipt, ofurþunnt, 100 prósent...

Nákvæmni lyf við krabbameini, taugasjúkdómum og hjarta- og æðasjúkdómum

Ný rannsókn sýnir aðferð til að greina frumur hver fyrir sig...
- Advertisement -
94,678Fanseins
47,718FylgjendurFylgdu
1,772FylgjendurFylgdu
30ÁskrifendurGerast áskrifandi