1. Tyrinėjimas: nuo genų iki sudėtingumo

Kas yra ENCODE projektas?

DNR elementų enciklopedijos (ENCODE) projektą 2003 m. pradėjo Nacionalinis žmogaus genomo tyrimų institutas (NHGRI). Jo pagrindinis tikslas – identifikuoti ir apibūdinti visus funkcinius elementus žmogaus genome, įskaitant tuos, kurie nekoduoja baltymų (ENCODE Project Consortium, 2004).

Norėdamas tai pasiekti, ENCODE projektas naudoja įvairius eksperimentinius ir kompiuterinius metodus. Tai apima chromatino imunoprecipitaciją, po kurios atliekamas sekvenavimas (ChIP-seq), RNR sekvenavimą (RNA-seq) ir DNase I hipersensibilaus vietos sekvenavimą (DNase-seq). Šios technologijos leidžia mokslininkams tirti genų ekspresiją, transkripcijos faktorių jungimąsi ir chromatino prieinamumą daugelyje skirtingų žmogaus ląstelių tipų (Landt et al., 2012; Djebali et al., 2012).

Projektas prasidėjo bandomąja faze, kurios metu buvo tirta apie 1 % žmogaus genomo. Ši fazė buvo skirta eksperimentiniams metodams ir duomenų analizės strategijoms išbandyti. Po sėkmingos bandomosios fazės projektas buvo išplėstas ir apėmė visą genomą. ENCODE konsorciumas sukūrė tūkstančius duomenų rinkinių, apibūdinančių genus, transkriptus, chromatino struktūrą, transkripcijos faktorių prisijungimo vietas ir kitas reguliavimo savybes.

Vienas iš svarbiausių ENCODE projekto atradimų yra tai, kad didelė žmogaus genomo dalis yra transkribuojama į RNR, nors tik nedidelė dalis koduoja baltymus. Mokslininkai identifikavo tūkstančius reguliavimo regionų, įskaitant promotorius, stipriklius ir izoliatorius. Šie elementai įtakoja genų ekspresiją konkrečiam ląstelių tipui būdingu būdu ir yra glaudžiai susiję su chromatino struktūra ir histonų modifikacijomis (Gerstein et al., 2012; Kundaje et al., 2012).

ENCODE projektas taip pat pabrėžė nekoduojančių RNR svarbą. Buvo identifikuota tūkstančiai ilgų nekoduojančių RNR, iš kurių daugelis, atrodo, turi reguliavimo funkcijas. Šios RNR dažnai ekspresuojamos specifiniuose audiniuose ir atlieka transkripcijos reguliavimo, chromatino pertvarkymo ir RNR apdorojimo funkcijas (Djebali et al., 2012).

Be to, ENCODE tyrimai parodė, kad daugelis genetinės variacijos, susijusios su žmogaus ligomis, yra ne baltymų koduojančiuose genuose, o nekoduojančiose reguliavimo srityse. Integravę ENCODE duomenis su genomo masto asociacijos tyrimais (GWAS), mokslininkai galėjo funkcionaliai anotuoti daugelį su ligomis susijusių variacijų (Schaub et al., 2012; Boyle et al., 2012). Šis atradimas žymiai pagerino mūsų supratimą apie tai, kaip genų reguliacijos pokyčiai veikia žmogaus sveikatą ir ligas.