馬里蘭州貝塞斯達， 2017年2月2日，星期四 - 美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)計劃擴大其DNA元素百科全書(ENCODE)項目，該項目正在產(chǎn)生許多科學(xué)家用于研究人類健康的基礎(chǔ)基因組學(xué)資源。和疾病。ENCODE項目由國家人類基因組研究所(NHGRI)資助，是NIH的一部分，旨在對人類和精選模式生物中的所有基因和調(diào)控元素 - 控制基因是否活躍的基因組部分 - 進行編目。經(jīng)過四年的額外支持，NHGRI建立在長期致力于開發(fā)免費提供的基因組學(xué)資源以供科學(xué)界使用的基礎(chǔ)上。

“ENCODE創(chuàng)建了高質(zhì)量且易于獲取的數(shù)據(jù)，工具和分析，這些數(shù)據(jù)，工具和分析在研究中被廣泛用于解釋基因組序列并理解基因組變異的后果，”項目主管Elise Feingold博士說。在NHGRI的基因組科學(xué)部。

“這些獎項提供了通過擴大資源的廣度和深度來加強這一基礎(chǔ)的機會。”

自2003年啟動以來，ENCODE資助了一個研究人員網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)和應(yīng)用基因組中候選功能元件的映射方法，并分析生成的基因組信息的龐大數(shù)據(jù)庫。ENCODE生成的數(shù)據(jù)和工具由兩組組成：數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)中心，其中包含數(shù)據(jù)并通過開放訪問門戶提供對資源的訪問;數(shù)據(jù)分析中心，將數(shù)據(jù)合成為百科全書以供使用由研究界。

在資金到位之前，NHGRI計劃在本財政年度(2017財年)為這些獎項承諾高達3150萬美元。有了這筆資金，ENCODE將擴大這些工作的范圍，包括表征中心，該中心將研究候選功能元件可能發(fā)揮的生物學(xué)作用，并開發(fā)方法來確定它們?nèi)绾卧诟鞣N細(xì)胞類型和模型系統(tǒng)中對基因調(diào)控作出貢獻。 。此外，該項目將通過開發(fā)一種結(jié)合研究界提供的數(shù)據(jù)的方式來增強ENCODE目錄，并將使用明確同意不受限制地共享其基因組數(shù)據(jù)的研究參與者的生物樣本。

ENCODE的核心是讓科學(xué)界能夠發(fā)現(xiàn); 也就是說，使用基本的科學(xué)方法來理解最基本的基因組。其基因組信息目錄可用于各種研究項目 - 例如，產(chǎn)生關(guān)于特定疾病中出現(xiàn)問題的假設(shè)，或了解確定如何在身體的不同部位使用相同的基因組序列以制造細(xì)胞的過程。專業(yè)功能。研究界已有1,600多種科學(xué)出版物使用了ENCODE數(shù)據(jù)或工具。

“我們發(fā)現(xiàn)許多使用ENCODE資源的人正在進行疾病研究，這證明了它的轉(zhuǎn)化價值，”NHGRI基因組科學(xué)部項目主任Mike Pazin博士說。

識別基因組的特征：繪圖中心

ENCODE的測繪中心自成立以來一直是該項目的一部分。這些小組旨在確定基因的基因組位置和控制它們的調(diào)控元件。通過這些新的獎項，繪圖中心將研究更廣泛的生物樣本，包括來自各種疾病的個體以及高度專業(yè)化的細(xì)胞，以擴展人類和小鼠基因組中候選功能元件的目錄。

“在過去，ENCODE一直專注于識別健康個體的功能元素;但基因表達可能在不健康的人和健康的人中受到不同的調(diào)節(jié)，”Pazin博士說。“患病的組織可能有助于檢測新的功能元素。”

“ENCODE項目的一個重要方面是識別細(xì)胞類型的集合，用于創(chuàng)建令人難以置信的詳細(xì)基因組圖及其特征，”Erez Lieberman Aiden博士說，他是遺傳學(xué)系助理教授。貝勒醫(yī)學(xué)院和萊斯大學(xué)，以及首次參加ENCODE八個測繪中心之一的ENCODE受助者。“如果我們將它們放在一起，整體就比每個部分的總和更有價值。”

艾登博士的研究重點是基因組如何在三維內(nèi)核折疊。“科學(xué)家傾向于將染色體視為一個長而線性的字母串。實際上，這根弦折疊起來，形成環(huán)狀和其他形狀，”他說。

對于大約兩米長的DNA適合細(xì)胞核，必須將其裝入染色質(zhì)中。然后，核內(nèi)的這種緊密堆積可以使基因組的兩個部分 - 例如基因及其調(diào)節(jié)元件 - 緊密接觸。更好地了解這些循環(huán)發(fā)生的位置將澄清被認(rèn)為相距甚遠的基因組特征的關(guān)系。

更詳細(xì)地了解基因組功能：表征中心

ENCODE將建立五個表征中心，以研究大量基因組元素在特定生物環(huán)境中的功能。ENCODE表征中心將利用新開發(fā)的技術(shù)同時表征許多元素。

“我們希望嘗試為ENCODE創(chuàng)建的目錄的功能方面注入活力，”斯坦福大學(xué)遺傳系助理教授Will Greenleaf博士和一位新的ENCODE調(diào)查員說道。表征中心。“了解監(jiān)管要素如何協(xié)同工作以實現(xiàn)基因表達是我們真正感到興奮的事情。”

Greenleaf博士的研究涉及通過像CRISPR-Cas9這樣的方法改變各種候選調(diào)控元件，這是一種基因編輯技術(shù)，可以精確地截取基因組的部分。他的小組與斯坦福大學(xué)的Michael Bassik博士小組合作，將描述這些細(xì)胞如何在各種條件下生長，以記錄基因組中缺失調(diào)控元件時會發(fā)生什么。

“我們對人類基因組進行了測序，但它是用我們不理解的語言編寫的.ENCODE是一種學(xué)習(xí)該語言邏輯和語法的方法，因此我們可以釋放基因組測序的能力，以便理解它們?nèi)祟惖慕】岛图膊。?ldquo;他說。

分析目錄：計算分析項目

在ENCODE的第三個方面，研究人員將開發(fā)計算和統(tǒng)計方法，使ENCODE目錄對研究疾病機制和基礎(chǔ)生物學(xué)更有用。

“在任何給定的細(xì)胞類型中，您可能在基因組中有30,000-50,000個調(diào)節(jié)基因表達的位點。我們?nèi)绾慰紤]這個?或者想象出來?或者確定基因組中的哪些元素調(diào)節(jié)哪些基因 - 以及何時和如何?你必須進行計算，“斯里蘭凱特林研究所計算和系統(tǒng)生物學(xué)項目的準(zhǔn)成員克里斯蒂娜萊斯利博士說，他獲得了六項計算項目之一的資金。

她的研究使用基因調(diào)控的預(yù)測模型，其中包含基因組中哪些位點可訪問的數(shù)據(jù)，并在這些位點解碼DNA信號。她以前的工作研究了這種以線性或一維形式觀察基因組的現(xiàn)象?，F(xiàn)在，她正在整合來自其他ENCODE項目的數(shù)據(jù)，例如Aiden博士在三維上繪制染色質(zhì)環(huán)圖譜的工作，以進一步了解基因組功能。

將數(shù)據(jù)引入社區(qū)：數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)分析中心

ENCODE項目匯集了生成大量數(shù)據(jù)的實驗室，這些實驗室通過計算研究的力量整合這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)中心和數(shù)據(jù)分析中心通過將所有參與者連接到數(shù)據(jù)，并為更大的研究團體創(chuàng)建便于訪問的途徑，為ENCODE成員提供支持。

“作為社區(qū)資源，ENCODE數(shù)據(jù)必須能夠快速，免費地供研究人員使用，以便他們能夠立即將其用于自己的工作中。這是數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)中心和數(shù)據(jù)分析中心發(fā)揮如此關(guān)鍵作用的地方，”Dan Gilchrist說，博士，NHGRI基因組科學(xué)部的項目主任。“多虧了這些中心，ENCODE數(shù)據(jù)是可以找到的，可訪問的，可互操作的和可重用的 - 最大化它們對研究界的實用性。”