Nauka i technika

Naukowcy z USC przybliżają ludzki genom z bezprecedensową rozdzielczością

  • 16 maja, 2023
  • 6 min read
Naukowcy z USC przybliżają ludzki genom z bezprecedensową rozdzielczością


Świecące cząsteczki czerwonego genomu DNA

Międzynarodowy zespół badawczy zidentyfikował kluczowe pary zasad w ludzkim genomie, które pozostawały niezmienne przez miliony lat ewolucji ssaków, które odgrywają znaczącą rolę w chorobach człowieka, podkreślając regiony genetyczne, w których mutacje nie są tolerowane w ewolucji, co stanowi przełom, który może poprawić nasze zrozumienia źródeł chorób i dostarczać informacji w przyszłych badaniach genetycznych.

Pary zasad DNA, które odgrywają istotną rolę w chorobach człowieka, zostały zidentyfikowane przez naukowca z USC.

Dr Steven Gazal, adiunkt nauk o populacji i zdrowiu publicznym w Keck School of Medicine w USC, ma misję znalezienia odpowiedzi na kłopotliwe pytanie: dlaczego pomimo milionów lat ewolucji ludzie nadal cierpią z powodu chorób?

W ramach międzynarodowego zespołu badawczego Gazal dokonał przełomowego odkrycia. Jako pierwsi dokładnie określili określone pary zasad w ludzkim genomie, które pozostały niezmienione przez miliony lat ewolucji ssaków. Te pary zasad odgrywają znaczącą rolę w chorobach ludzi. Ich odkrycia zostały opublikowane w specjalnym wydaniu Zoonomia wydanie dziennika Nauka.

Gazal i jego zespół przeanalizowali genomy 240 ssaków, w tym ludzi, robiąc zbliżenie z niespotykaną dotąd rozdzielczością, aby porównać[{” attribute=””>DNA. They were able to identify base pairs that were “constrained” – meaning they remained generally consistent – across mammal species over the course of evolution. Individuals born with mutations on these genes may not have been as successful within their species or were otherwise not likely to pass down the genetic variation. “We were able to identify where gene mutations are not tolerated in evolution, and we demonstrated that these mutations are significant when it comes to disease,” explains Gazal.

The team found that 3.3% of bases in the human genome are “significantly constrained,” including 57.6% of the coding bases that determine amino acid position, meaning these bases had unusually few variants across species in the dataset. The most constrained base pairs in mammals were over seven times more likely to be causal for human disease and complex traits, and over 11 times more likely when researchers looked at the most constrained base pairs in primates alone.

The dataset was provided by the Zoonomia consortium, which according to the project website, “is applying advances in DNA sequencing technologies to understand how genomes generate the tremendous wealth of animal diversity.” Gazal gives credit to Zoonomia for making this type of data available to researchers and anticipates it will be widely used by human geneticists. “It’s a cheap resource to generate, as opposed to datasets generated in human genetic studies,” says Gazal.

His team’s findings are a significant step forward, as Gazal notes, “We do not understand 99% of the human genome, so it is fundamental to understand which part has been constrained by evolution and is likely to have an impact on human phenotypes.” Their discoveries and methods could become crucial tools for further research.

The next step for Gazal and his team is to repeat the process with a primate-only dataset. By restricting the subjects, they hope to focus on functions of DNA that appeared more recently in human evolution. “We expect this to be even more useful in determining information on human disease,” says Gazal.

Reference: “Leveraging base-pair mammalian constraint to understand genetic variation and human disease” by Patrick F. Sullivan, Jennifer R. S. Meadows, Steven Gazal, BaDoi N. Phan, Xue Li, Diane P. Genereux, Michael X. Dong, Matteo Bianchi, Gregory Andrews, Sharadha Sakthikumar, Jessika Nordin, Ananya Roy, Matthew J. Christmas, Voichita D. Marinescu, Chao Wang, Ola Wallerman, James Xue, Shuyang Yao, Quan Sun, Jin Szatkiewicz, Jia Wen, Laura M. Huckins, Alyssa Lawler, Kathleen C. Keough, Zhili Zheng, Jian Zeng, Naomi R. Wray, Yun Li, Jessica Johnson, Jiawen Chen, Zoonomia Consortium§. , Benedict Paten, Steven K. Reilly, Graham M. Hughes, Zhiping Weng, Katherine S. Pollard, Andreas R. Pfenning, Karin Forsberg-Nilsson, Elinor K. Karlsson, Kerstin Lindblad-Toh, Gregory Andrews, Joel C. Armstrong, Matteo Bianchi, Bruce W. Birren, Kevin R. Bredemeyer, Ana M. Breit, Matthew J. Christmas, Hiram Clawson, Joana Damas, Federica Di Palma, Mark Diekhans, Michael X. Dong, Eduardo Eizirik, Kaili Fan, Cornelia Fanter, Nicole M. Foley, Karin Forsberg-Nilsson, Carlos J. Garcia, John Gatesy, Steven Gazal, Diane P. Genereux, Linda Goodman, Jenna Grimshaw, Michaela K. Halsey, Andrew J. Harris, Glenn Hickey, Michael Hiller, Allyson G. Hindle, Robert M. Hubley, Graham M. Hughes, Jeremy Johnson, David Juan, Irene M. Kaplow, Elinor K. Karlsson, Kathleen C. Keough, Bogdan Kirilenko, Klaus-Peter Koepfli, Jennifer M. Korstian, Amanda Kowalczyk, Sergey V. Kozyrev, Alyssa J. Lawler, Colleen Lawless, Thomas Lehmann, Danielle L. Levesque, Harris A. Lewin, Xue Li, Abigail Lind, Kerstin Lindblad-Toh, Ava Mackay-Smith, Voichita D. Marinescu, Tomas Marques-Bonet, Victor C. Mason, Jennifer R. S. Meadows, Wynn K. Meyer, Jill E. Moore, Lucas R. Moreira, Diana D. Moreno-Santillan, Kathleen M. Morrill, Gerard Muntané, William J. Murphy, Arcadi Navarro, Martin Nweeia, Sylvia Ortmann, Austin Osmanski, Benedict Paten, Nicole S. Paulat, Andreas R. Pfenning, BaDoi N. Phan, Katherine S. Pollard, Henry E. Pratt, David A. Ray, Steven K. Reilly, Jeb R. Rosen, Irina Ruf, Louise Ryan, Oliver A. Ryder, Pardis C. Sabeti, Daniel E. Schäffer, Aitor Serres, Beth Shapiro, Arian F. A. Smit, Mark Springer, Chaitanya Srinivasan, Cynthia Steiner, Jessica M. Storer, Kevin A. M. Sullivan, Patrick F. Sullivan, Elisabeth Sundström, Megan A. Supple, Ross Swofford, Joy-El Talbot, Emma Teeling, Jason Turner-Maier, Alejandro Valenzuela, Franziska Wagner, Ola Wallerman, Chao Wang, Juehan Wang, Zhiping Weng, Aryn P. Wilder, Morgan E. Wirthlin, James R. Xue and Xiaomeng Zhang, 28 April 2023, Science.
DOI: 10.1126/science.abn2937

The study was funded by the Swedish Research Council, the Knut and Alice Wallenberg Foundation, the Swedish Cancer Society, the Swedish Childhood Cancer Fund, the National Institute of Mental Health, the Gladstone Institutes, the National Institute on Drug Abuse, University College Dublin (UCD) Ad Astra Fellowship, and the National Human Genome Research Institute.




Źródło

Warto przeczytać!  Nowa terapia genowa dostarcza leczenie bezpośrednio do mózgu