人類基因組序列是固定的，這意味著身體每個細胞中的基因組應(yīng)該具有相同的DNA代碼。那么，什么使眼睛細胞與肝細胞不同?

不同之處在于如何調(diào)節(jié)和表達基因組的各個基因 - 實質(zhì)上是如何以及何時將它們“開啟”和“關(guān)閉”。這就決定了每個細胞之間的差異。這些變化在很大程度上受表觀遺傳學控制

表觀遺傳學描述了可以傳遞給未來細胞的基因組修飾。這些變化不會改變DNA的核苷酸序列 - 構(gòu)成我們基因的As，Gs，Ts和Cs。相反，它們修飾了支持DNA序列的“骨架”。這些修飾會影響基因活躍的時間和頻率。例如，某些胰腺細胞需要編碼胰島素的基因易于獲得(細胞轉(zhuǎn)錄成胰島素蛋白)。但毛囊細胞不需要胰島素就可以使用。以這種方式，人體的每種不同細胞和組織類型具有不同的表觀基因組。

該映射表觀基因組開始與百科全書的DNA元素(ENCODE)中，2003年該項目旨在發(fā)現(xiàn)和研究所有表觀元素，它們是連接到骨干網(wǎng)和控制我們的基因功能的實際化學品推出的項目。不幸的是，其臨床應(yīng)用受到限制，因為其大部分結(jié)果涵蓋少數(shù)細胞類型。2月基因組月度進展是關(guān)于路線圖表觀基因組學項目如何通過編目人體中許多不同細胞類型的表觀基因組來填補這一空白。通過這種方式，該項目希望增加我們對表觀基因組如何促進健康和疾病的理解。

路線圖Epigenomics Consortium于2015年2月19日在Nature雜志上發(fā)布了第一組結(jié)果。該小組分析了來自各種成人細胞類型的表觀基因組，如腦與腎，以及細胞亞型，如來自大腦不同區(qū)域的細胞。該小組分析了來自健康個體以及患有癌癥，神經(jīng)退行性疾病和自身免疫疾病的患者的這些細胞。他們還描述了干細胞的表觀基因組，并在最終分析中包含了現(xiàn)有ENCODE項目的數(shù)據(jù)。結(jié)果是來自127種不同類型的組織和細胞的參考表觀基因組。所有數(shù)據(jù)，包括用于獲取數(shù)據(jù)的標準和協(xié)議，都是免費向公眾開放的，可以在網(wǎng)上找到。

研究小組發(fā)表了五篇論文，重點介紹了表觀基因組學及其在發(fā)育和疾病中的重要性的新見解。在一篇論文中，由哈佛大學博士后研究員，麻省理工學院和哈佛大學博士研究生助理Michael Ziller領(lǐng)導的團隊模擬了神經(jīng)細胞如何在細胞培養(yǎng)中從干細胞中生長 - 細胞具有成熟的能力。任何細胞類型。由Alexander Tsankov(也來自Broad)領(lǐng)導的另一個小組定義了表觀基因組特征，這些特征導致胚胎發(fā)育過程中干細胞內(nèi)細胞譜系的第一次主要分裂(外胚層，內(nèi)胚層和中胚層 - 將繼續(xù)形成神經(jīng)的細胞)系統(tǒng)，器官和肌肉)。這些見解將允許研究人員定義表觀基因組如何提供“配方”

該項目的其他科學家小組研究了表觀基因組可能如何影響特定疾病。Kyle Farh(也來自Broad)及其同事研究了As，Gs，Ts和Cs中DNA變化的遺傳變異 - 與表觀遺傳化學物質(zhì)相互作用以及這些變化如何與自身免疫性疾病相關(guān)聯(lián)。由Paz Polak領(lǐng)導的團隊(再次來自Broad)研究了癌細胞中的表觀基因組變化。他們發(fā)現(xiàn)，他們可以基于癌癥最可能起源的細胞類型的表觀基因組來預測特定癌癥的突變種類。這意味著癌癥祖先細胞的表觀基因組對腫瘤中的哪些基因隨時間變異具有很大影響。重要的是，當研究人員評估癌細胞系，實驗室培養(yǎng)的標準化培養(yǎng)細胞時，這些預測并不成立，通常被研究作為癌癥的模型。這意味著表觀基因組在癌癥中具有重要意義，可能不適用于在實驗室適應(yīng)的癌細胞系中進行研究。

最后，麻省理工學院的Elizabeta Gjoneska及其同事研究了小鼠阿爾茨海默病的模型，以繪制神經(jīng)退行性過程中大腦的表觀遺傳變化。他們發(fā)現(xiàn)小鼠腦中改變的表觀基因組與已故阿爾茨海默病患者的樣本相似。這種改變的表觀遺傳模式在未患阿爾茨海默病的成人組織中未見。因此，這種見解可能會引導科學家們開發(fā)新的藥物發(fā)現(xiàn)目標，以對抗阿爾茨海默氏癥和其他神經(jīng)退行性疾病。

即使對表觀基因組有了這種廣泛的新認識，仍有許多問題需要回答。例如，表觀基因組如何隨著細胞和人類年齡的變化而變化?我們能否利用這些數(shù)據(jù)更好地預測人群中的癌癥風險?此外，雖然127種不同類型的細胞是了解表觀基因組景觀的良好開端，但人體由數(shù)千種不同類型的細胞組成。許多這些細胞仍在被發(fā)現(xiàn)，并且每個細胞在體內(nèi)都具有特殊功能。

就像14年前首次在Nature發(fā)表的最終人類基因組計劃序列一樣，路線圖表觀基因組學項目可能會產(chǎn)生一些問題而不是答案。然而，憑借這些新信息，研究人員將能夠研究有關(guān)人類發(fā)育，健康和疾病的基因組起源的更多具體細節(jié)。