científicos mirando a través humana, vuelan y los genomas del gusano encuentran la biología compartida

Los estudios revelan aspectos comunes de gran alcance en la actividad biológica, la regulación entre las especies

Los investigadores que analizan humano, mosca, de gusano y genomas han encontrado que estas especies tienen un número de procesos genómicos clave en común, lo que refleja su ascendencia compartida. Los hallazgos, que aparecen 28 de agosto 2014, en el journalNature, ofrecen ideas sobre el desarrollo embrionario, la regulación de genes y otros procesos biológicos vitales para la comprensión de la biología humana y las enfermedades.

Los estudios ponen de relieve los datos generados por el Proyecto modENCODE y el Proyecto ENCODE, ambos apoyados por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI), parte de los Institutos Nacionales de Salud. La integración de los datos de las tres especies, el organismo modelo Enciclopedia de Elementos de ADN (modENCODE) Consorcio estudió cómo los patrones de expresión de genes y proteínas reguladoras que ayudan a determinar el destino celular a menudo comparten características comunes. Los investigadores también detallan las formas similares en los que las tres especies utilizan envases de proteínas para compactar ADN en el núcleo celular y regulan la función del genoma mediante el control de acceso a la DNA.

Lanzado en 2007, el objetivo de modENCODE es crear un catálogo completo de los elementos funcionales en la mosca de la fruta y de genomas de lombrices intestinales para su uso por la comunidad de investigadores. Tales elementos incluyen genes que codifican para las proteínas, los genes no codificantes de proteínas y elementos reguladores que controlan la expresión génica. El trabajo actual se basa en los catálogos iniciales publicados en 2010. Los proyectos modENCODE complementan el trabajo realizado por la Encyclopedia of DNA Elementos (ENCODE) Proyecto, que está construyendo un amplio catálogo de elementos funcionales en el genoma humano y el ratón.

"Los investigadores modENCODE han proporcionado un valioso recurso para los investigadores de todo el mundo," dijo el Director NHGRI Eric Green, MD, Ph.D. "Los conocimientos adquiridos sobre el funcionamiento de los genomas de organismos modelo "ayudan en gran medida a nuestra comprensión de la biología humana".

"Una forma de describir y comprender el genoma humano es a través de la genómica comparativa y que estudian organismos modelo", dijo Mark Gerstein, Ph.D., Albert L. Williams Profesor de Informática Biomédica en la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, y el autor principal en uno de los papeles. "Lo especial acerca del gusano y la mosca es que son muy distantes de los humanos evolutivamente, por lo que encontrar algo conservado a través de los tres - humano, volar y gusano - nos dice que es un muy antiguo proceso, fundamental."

En un estudio, los científicos dirigidos por el Dr. Gerstein y otros, analizaron humana, volar y gusano transcriptomes, la colección de transcripciones de genes (o lecturas) en un genoma. Se utilizan grandes cantidades de datos de expresión génica que se generan en el ENCODE y proyectos modENCODE - incluyendo más de 67 mil millones de secuencias de genes lecturas - para descubrir los patrones de expresión de genes compartidos por las tres especies, sobre todo para los genes de desarrollo.

Los investigadores demostraron que las formas en que el ADN se empaqueta en la célula son similares en muchos aspectos, y, en muchos casos, los programas de acción para especies Encendido y apagado de los genes de una manera coordinada. Más específicamente, se utilizan patrones de expresión de genes para que coincida con las etapas de gusano y volar desarrollo y encontraron conjuntos de genes que son paralelos entre sí en su uso. También encontraron los genes expresados ??específicamente en el gusano y la mosca embriones son re-expresados ??en las pupas de mosca, la etapa entre larva y adulto.

Los investigadores encontraron que en los tres organismos, los niveles de expresión génica de los genes tanto de la codificación de proteínas y no codificantes de proteínas podrían ser cuantitativamente predecir a partir de las características de la cromatina en los promotores de los genes. El promotor de un gen dice maquinaria de la célula dónde empezar ADN copia en ARN, que se puede utilizar para producir proteínas. DNA se empaqueta en la cromatina en las células, y los cambios en este envase puede regular la función del gen.

"Nuestros resultados abren nuevos mundos para la comprensión de la expresión génica y la forma en que pensamos sobre el papel de la transcripción", dijo el co-autor principal Susan Celniker, Ph.D., Jefe del Departamento de Dinámica del genoma, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en Berkeley, California . "ModENCODE ha sido transformadora", agregó. "Ha ayudado a establecer el estándar para los tipos de datos que deben ser generadas y catalogados."

Otro grupo de científicos investigó cómo se organiza la cromatina y cómo influye en la regulación de genes en las tres especies. Utilizando ambas modENCODE y codificar los datos, los científicos compararon los patrones de modificaciones en la cromatina que son necesarios para la celda para acceder al ADN dentro, y los cambios en los patrones de la replicación del ADN como resultado de estas modificaciones. Los investigadores descubrieron que muchas características de la cromatina fueron similares en las tres especies.

"Nos encontramos en su mayoría que el uso de la modificación de la cromatina por los tres organismos es altamente conservadas", dijo el co-autor principal Jason Lieb, Ph.D., profesor de genética humana de la Universidad de Chicago. Observó hay un gran interés en la cromatina debido a su potencial de conexión a algunas enfermedades, como el cáncer. Un número de estudios han demostrado que algunos tipos de cáncer pueden ser impulsadas en parte por mutaciones en genes relacionados con la cromatina.

En un tercer estudio, los científicos exploraron las similitudes en la regulación del genoma. Los científicos se centraron en los factores de transcripción regulador, reguladores clave de proteínas que determinan que las células progenitoras eventualmente se convierten en células de la piel y las células renales y células del ojo. "Estos son los coordinadores clave - que se unen a los interruptores que controlan el destino de una célula. Una de las grandes preguntas de la genómica es determinar qué factores trabajan juntos para activar genes que ", dijo el co-autor principal Michael Snyder, Ph.D., director, Stanford Centro de Genómica y Medicina Personalizada, la Universidad de Stanford, Stanford, California .

Los investigadores encontraron que los factores de transcripción tienden a unirse a las secuencias de ADN similares en los genomas de las tres especies, lo que indica que "las propiedades generales de cómo la información reglamentario lo establecido en los genomas se conservan en las tres especies", señaló el Dr. Snyder. "Los principios generales de regulación son más o menos similares." Sin embargo, se encontraron diferencias. Los factores de transcripción se unen muy pocos de los mismos objetivos a través de especies, y que se expresan sobre todo en momentos diferentes.

La inclusión de estos estudios recientemente publicados, más de una docena de documentos modENCODE Consorcio han sido o serán publicadas en el journalsNature, Genome Research, Genome Biology y theProceedings del año de la Academia Nacional de Sciencesthis. Estos documentos adicionales reportan estudios con análisis más profundos dentro de una o más especies, el desarrollo de métodos e investigaciones de determinados procesos biológicos. Esta colección de artículos es la culminación del programa modENCODE, cuya financiación terminó en 2012. Más de 100 trabajos utilizando datos modENCODE por grupos al margen del programa ya han sido publicados. Se prevé que los datos y los recursos producidos por modENCODE seguirán siendo utilizado por la comunidad de investigación más amplio en los próximos años.