基因通過詩歌表達自己
密歇根州立大學的一項新研究在學習“閱讀”基因組方面取得了進展，這是現代生物學的一個關鍵目標。發(fā)表在eLife上的結果表明，我們基因組的DNA含量類似于復雜的生物語言，由編碼區(qū)和調控區(qū)組成。雖然DNA中的蛋白質編碼區(qū)域可以與交通信號進行比較 - 利用簡單的停止或消息 - DNA中的調節(jié)區(qū)域更像是詩歌。
“DNA中的調控位點就像一個燈開關，可以打開和關閉基因。在動物中，它非常復雜，”MSU生物化學和分子生物學教授，該論文的第一作者David Arnosti說。“細胞中可能存在數百種與基因結合并影響活性的蛋白質因子。并且可能存在數百個結合位點。”
他將這些監(jiān)管網站中使用的“語言”與詩歌進行了比較。
“可能是艾米莉狄金森，或莎士比亞或艾倫金斯伯格;但所有人都在用'言辭'來喚起思想和情感，控制信息，”他說。“當我們進入一個人類群體的DNA序列越來越容易進入的時代時，我們想知道基因調控區(qū)域變化的功能意義。”
Arnosti與現任DAV大學生物化學助理教授Rupinder Sayal一起進行了這項研究。(印度)?; Jacqueline Dresch，現任克拉克大學數學教授; 和Irina Pushel，現在是Stowers醫(yī)學研究所的博士前研究員。
該團隊研究了一組調控蛋白，負責在果蠅胚胎中打開和關閉基因。稱為Dorsal的調節(jié)因子控制著對果蠅胚胎發(fā)育至關重要的基因網絡。背側與稱為菱形的基因的調節(jié)區(qū)或“增強子”結合; 該元素已經得到很好的研究，并且已知是增強區(qū)域的一個相當典型的例子。背部與人類免疫的關鍵基因以及疾病中的炎癥密切相關。
“我們分析了該基因的數十種變體，并在約1,000個胚胎中定量測量表達，創(chuàng)建了一個定量數據集，可用于訓練數學模型，利用參數優(yōu)化，”Arnosti說。“我們的研究表明，通過采用定量實驗和數學模型可以獲得特定對照蛋白的調節(jié)特性。”
通過應用模型集合，研究團隊能夠識別其他序列中的保守調控特性以“讀取”基因組。
“使用這種方法，我們最終能夠做你在英語課上做同樣的事情 - 拿起一本ha句或莎士比亞的書，并理解'這是一首愛情詩，'或'這是一首挽歌'，因為我們將理解這些詞 - DNA元素 - 如何在不同的環(huán)境中使用，以傳達對基因調控的不同含義，“Arnosti說。
需要進行類似的研究，以了解基因組中發(fā)現的突變如何影響基因表達，從而更好地診斷和治療疾病。
“例如，我們可以比較來自同一患者的腫瘤和正常組織中的基因表達，以找出該基因網絡出了什么問題，”Arnosti說。“有能力從DNA序列中讀取監(jiān)管潛力，有助于使用精準醫(yī)學 - 開具某些藥物或治療方法，專門針對該患者的癌癥。”
這項研究還可以促進進化研究，以調查和了解以前沒有進行任何研究的基因組，揭示可能有助于新產品或疾病治療的開發(fā)的重要監(jiān)管屬性。
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