Funzione decrittografata di DNA spazzatura

I ricercatori determinano la funzione del presunto spreco di DNA

08/09/2012

Undici anni dopo la decodifica del genoma umano da parte del Progetto genoma umano, un gruppo di ricerca internazionale ha compiuto un altro passo importante nella comprensione del progetto della vita. Centinaia di scienziati del progetto ENCODE, guidato dal Genome Institute National Research negli Stati Uniti e l'Istituto EMBL-europeo di bioinformatica nel Regno Unito, presenta ora una mappa dettagliata delle funzioni del genoma umano, e identificati quattro milioni cosiddetto interruttore gene.

Da quando decodifica il genoma umano come parte del Progetto Genoma Umano più di un decennio fa, i biologi molecolari di tutto il mondo si sono chiesti perché solo il due per cento dei geni sia composto da geni che guidano la formazione delle proteine. Teoricamente, nel corso dell'evoluzione, queste componenti apparentemente inutili del genoma, noto anche come DNA spazzatura, potrebbero essere scomparse. Ma il DNA spazzatura non è affatto superfluo, ma soddisfa i ricercatori del progetto ENCODE, una funzione normativa cruciale per l'attività dei geni. Gli scienziati hanno pubblicato i loro risultati in oltre 30 articoli nelle tre rinomate riviste scientifiche "Nature", "Genome Biology" e "Genome Research".

Quattro milioni di interruttori genetici identificati
Per nove anni, ricercatori di tutto il mondo hanno lavorato al progetto ENCODE per studiare le regioni genomiche al di fuori delle sequenze geniche utilizzate per costruire le proteine. Scoprirono una funzione sorprendentemente ampia del DNA spazzatura. Quattro milioni di interruttori genetici identificati determinano l'attività dei geni. "Le mutazioni in queste regioni possono portare a malattie umane", riporta l'Istituto europeo di bioinformatica in un recente comunicato stampa. Il numero di switch genetici identificati è incredibilmente alto, ha sottolineato il direttore dell'istituto, Rolf Apweiler. Il DNA spazzatura è in realtà un "pannello di controllo" con milioni di controlli che determinano l'attività dei geni. "L'80 percento del genoma è coinvolto in qualche modo in questo regolamento", scrivono i ricercatori del progetto ENCODE.

Gli switch genetici identificati nel DNA spazzatura regolano l'attività dei geni
Un totale di 442 scienziati provenienti da Stati Uniti, Gran Bretagna, Spagna, Singapore e Giappone sono stati coinvolti nello studio dei geni umani negli ultimi nove anni come parte del progetto ENCODE. Hanno sequenziato oltre 1.600 genomi da 147 tipi di tessuto. Hanno raccolto l'enorme quantità di 15 terabyte di dati grezzi, che sono stati poi analizzati. Inizialmente, i ricercatori si sono concentrati sulle aree del genoma, che sono direttamente responsabili della guida alla costruzione delle proteine. Tuttavia, questi erano solo il 2% del genoma. Le seguenti indagini sono state dedicate in particolare all'analisi del cosiddetto DNA spazzatura. Qui, gli scienziati hanno identificato quattro milioni di interruttori genici che contribuiscono alla produzione di milioni di proteine ​​diverse attraverso la regolazione dell'attività dei geni. Ogni gene può essere acceso e spento, ma anche letto in almeno due o tre modi diversi, ha spiegato il capo dell'Istituto europeo di bioinformatica. Queste versioni geniche sono chiamate trascrizioni.

L'elevata complessità degli interruttori genetici rende difficile comprendere le malattie
Dr. Michael Snyder, professore e presidente della Stanford University e ricercatore principale per ENCODE, ha spiegato che il progetto fornirà i risultati, "abbiamo bisogno di guardare dietro la struttura lineare del genoma e per identificare l'intera rete." ENCODE consente una profonda Approfondimento del "ciclo che ci dice come tutte le parti si uniscono per formare un'entità complessa", continua Snyder. Tuttavia, il risultato è affascinante e frustrante allo stesso tempo, ha aggiunto Rolf Apweiler. La complessità della funzione dei quattro milioni di switch genetici è talmente alta che è difficile determinare una semplice relazione causa-effetto per quanto riguarda certe malattie. L'obiettivo finale del lavoro è aiutare a sviluppare farmaci meno costosi, più efficaci e più sicuri di quelli di oggi, ma lo sviluppo di malattie è molto più complesso di quanto si pensasse in precedenza. Apweiler si è quindi chiesto "se le nostre cellule cerebrali saranno mai sufficienti" per capire come si sviluppa una malattia e come intervenire in questo processo.

Decifrare lo schema del circuito della vita
Tuttavia, gli scienziati sono convinti dell'importanza dei loro risultati di ricerca. La pubblicazione gratuita dei dati è una pietra miliare nella ricerca sul genoma. Il progetto ENCODE sta dando un contributo significativo "alla comprensione dello schema umano", ha affermato Michael Snyder. Oltre alla comprensione fondamentale della biologia, è anche possibile utilizzare i dati per studiare lo studio delle influenze genetiche sullo sviluppo di malattie. "Stiamo iniziando a capire le informazioni generate negli studi di associazione su tutto il genoma", afferma Snyder. Sono stati pubblicati vari studi che hanno confrontato il genoma di persone con malattie complesse, come diabete, malattie cardiache, malattie cardiache o obesità, a soggetti sani. Tuttavia, questi hanno localizzato la maggior parte delle differenze al di fuori delle sequenze di geni responsabili della formazione di proteine.

Enciclopedia sulla funzione del genoma
Alla luce dei risultati del progetto ENCODE, questi studi di associazione genome-wide appaiono in una luce completamente diversa, ha spiegato Rolf Apweiler. L'attenzione ora si trova sui milioni di interruttori genetici che sembrano notevole influenza sullo sviluppo di malattie finora gli elementi regolatori sono stati probabili sospetti nelle vicinanze delle sequenze geniche haben.Während che determinano la formazione di proteine, i ricercatori hanno segnalato nel corso del progetto ENCODE anche le sezioni relativamente distanti hanno un ruolo. Secondo i ricercatori, un'analisi così completa del genoma è stata resa possibile da significativi progressi nella tecnologia di sequenziamento, che non solo ha reso l'analisi genetica più veloce ma anche molto più economica. "Il primo genoma umano per decifrare costo circa 500 milioni di euro, al giorno d'oggi è possibile la composizione genetica di una persona per la 1.000 a 1.500 euro decifrare" il direttore dell'Istituto europeo di bioinformatica detto. Grazie alle nuove possibilità hanno "siamo ora un'enciclopedia interattivo al quale chiunque può raccontare ciò che una grande differenza" farà nella ricerca futura, la anche che partecipano al progetto ricercatori spagnoli Roderic Guigo dal Centre de Regulació Genomica (CRG) a Barcellona. (Fp)

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