繪制基因組叢林獨特的動物特征可以提供人類疾病的洞察力

從蝙蝠的翅膀到大象的抗癌能力，猶他大學健康大學的跨學科科學家團隊正在利用動物的獨特特征來確定可能影響健康的人類基因組區(qū)域。該項目的結果可在3月6日的Cell Reports雜志上找到。

研究小組正在將注意力轉向哺乳動物基因組的非編碼區(qū)域。構成基因組的98%，這些區(qū)域不編碼蛋白質，但它們包含“開關”，類似于導體控制基因表達的時間和地點。大多數(shù)非編碼區(qū)域在健康和疾病中的作用仍不清楚。

“人們過去常把非編碼地區(qū)稱為垃圾DNA，但我認為它是一個尚未探索過的叢林，”U of U的神經生物學和解剖學助理教授Christopher Gregg博士說。“我們正在探索非編碼區(qū)域，試圖發(fā)現(xiàn)可能控制不同疾病的基因組的新部分。”

在基因組中設置指南

研究小組搜尋了五個動物基因組的“垃圾”部分 - 大象，冬眠蝙蝠，逆戟鯨和海豚，裸鼴鼠和十三線地鼠 - 以確定快速進化的區(qū)域。

該團隊在每個動物基因組中確定了數(shù)千個加速區(qū)域。這些加速的進化區(qū)域中的一些可以賦予我們屬于每個物種的可識別的特征，例如蝙蝠的翅膀，大象的巨大體型和十三線的地松鼠的獨特顏色。

“我們利用不同物種的極端特征來揭示人類基因組中可能在塑造健康和疾病方面發(fā)揮重要作用的非編碼區(qū)域，”該報的第一作者，格雷格實驗室的生物信息學家和計算機程序員Elliott Ferris說。

研究人員確定了以下元素：

與DNA修復相關的大象基因組可以幫助研究抗癌性;

蝙蝠基因組與翅膀發(fā)育有關，可以幫助研究手腳異常;

與眼睛發(fā)育有關的海豚和逆戟鯨基因組可以幫助研究角膜發(fā)育，以及與適應高壓環(huán)境有關的因素，有助于了解血液凝固障礙;

十三排的地松鼠基因組與著色/色素沉著有關，可以幫助研究白化病和豹紋綜合癥;和

裸鼴鼠基因組與眼睛發(fā)育有關，可以幫助研究青光眼。

“這種方法使我們能夠在整個動物界發(fā)現(xiàn)自然界對疾病的潛在解決方案，”共同作者，醫(yī)學博士，兒童腫瘤學家，U of U的小兒科教授和亨斯邁癌癥研究所的研究員說。 HCI)。“格雷格博士和他的團隊正在構建我們可以一起探索的沙箱，以擴展我們的癌癥等潛在治療目標庫。”

忘記記憶，大象很少得癌癥

每當細胞復制時，它就會為可能導致癌癥的新突變打開大門。然而，這種巨大的大象，其細胞比人類多100倍，并且存活60至70年，很少受到這種疾病的折磨。

希夫曼研究大象以了解它們對癌癥的天然抗性背后的遺傳學。在之前的一項研究中，他的團隊與其他合作者一起確定了腫瘤抑制基因(p53)的額外拷貝的潛在作用，這些拷貝增加了大象消除DNA損傷的癌前細胞的能力。

Gregg和Ferris測試了大象基因組中的加速區(qū)域是否顯示了其他候選元素，這些元素形成了對突變和癌癥的抵抗力。他們確定了與大量加速進化區(qū)相關的三個基因(FANCL，VRK2和BCL11A)。這些基因參與DNA修復，以防止突變。

Schiffman和他的團隊在實驗室中對來自成年非洲大象的血液樣本進行了另一系列實驗，以發(fā)現(xiàn)這些基因如何對大象細胞中的DNA損傷做出反應。Gregg實驗室能夠利用這些數(shù)據(jù)顯示許多對DNA損傷有反應的不同基因富含大象加速區(qū)。結果發(fā)現(xiàn)哺乳動物基因組中的元素圖譜可能會促進癌癥抵抗。

“我們在大象基因組中發(fā)現(xiàn)了超越p53的候選機制來逃避癌癥，”Gregg說。“大象的結果揭示了我們預測的人類基因組中的非編碼序列可以控制基因活性并減少突變和癌癥的形成。”

Gregg和Schiffman正在合作研究如何將本研究中鑒定的基因組區(qū)域應用于人類醫(yī)學。需要進行未來的功能研究來檢驗這些加速區(qū)域是否能控制人類的疾病過程。

“我們正盯著未知領域，”格雷格說。“這種方法為我們提供了探索基因組的新方法，并可能發(fā)現(xiàn)識別，診斷和治療疾病的新方法。”

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