《自然》：研究揭示人類基因組“暗物質(zhì)”

日期：2011-10-18 08:59:58

據(jù)報道，一個研究團隊通過全面比較29種哺乳動物的基因組，發(fā)現(xiàn)了人類基因組中大量的“暗物質(zhì)”。他們準確找到了基因組中可以控制基因在何時或何處開啟的部分，這些基因圖譜是解釋成千上萬與人類疾病相關(guān)的基因變異的重要步驟。相關(guān)研究報告發(fā)布在12日出版的《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。

通過早期對于人類和小鼠基因組的比較研究，科學家可以間接推斷出基因調(diào)控序列的存在，但只能找到它們中很小的一部分。這些神秘的序列就被稱為基因組的“暗物質(zhì)”。

在過去的5年中，研究人員利用兔子、蝙蝠、大象等29種哺乳動物的基因圖譜，找出了跨物種基因組中基本不變的區(qū)域。麻省理工學院計算機科學系副教授馬諾里斯·克里斯表示，新的圖譜揭示了近300萬種此前在非編碼區(qū)未發(fā)現(xiàn)的要素，它們完好地保存在所有哺乳動物的基因組中。此外，科學家還揭示出近4000種未曾發(fā)現(xiàn)的外顯子，即基因中具有編碼蛋白質(zhì)功能的部分；超過1000個RNA（核糖核酸）二級結(jié)構(gòu)新家族，其在基因調(diào)控中發(fā)揮著不同作用；以及270萬個預測的轉(zhuǎn)錄因子（控制基因表達的蛋白質(zhì)）靶標等。

瑞典烏普薩拉大學比較基因組學教授克斯汀·林德布拉德-卓表示，大多數(shù)基因變異都與發(fā)生在基因組非蛋白編碼區(qū)的疾病密切相關(guān)。在這些區(qū)域，通常很難發(fā)現(xiàn)具有因果關(guān)系的基因突變。新的基因圖譜幫助準確定位了那些可能導致疾病的突變，其在數(shù)百萬年的進化后保存下來，但通常會在人類罹患某種特定疾病時中斷。了解這些具有因果聯(lián)系的突變以及它們可能的功能，能夠幫助發(fā)現(xiàn)潛在的疾病機制，并揭示出潛在的藥物靶標。林德布拉德-卓稱，對比眾多基因組是令未曾識別的基因區(qū)域一覽無余的開端，這是非常系統(tǒng)化且公正的途徑，將在囊括其他更多基因組的情況下變得更加強大。

克里斯認為，他們可以利用新要素重新對疾病進行研究，重點關(guān)注被破壞的保留要素，并嘗試分辨它們的功能。利用單個基因組，DNA（脫氧核糖核酸）的語言似乎有些神秘，但當研究透過進化的鏡頭，這些語言就會獲得意義。研究人員除了發(fā)現(xiàn)DNA調(diào)控在哺乳動物間十分普遍外，還破譯了在快速進化下表現(xiàn)特別的蛋白質(zhì)，其中部分與免疫系統(tǒng)和細胞分裂等相關(guān)；另有一些迅速發(fā)展的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，則與骨骼重塑以及視網(wǎng)膜相關(guān)。

此次通過基因組的比較，還突出了僅在人類和靈長類動物基因組內(nèi)快速改變的區(qū)域。此前曾發(fā)現(xiàn)200種類似的區(qū)域，新研究擴展了這一清單，將類似區(qū)域擴展至1000個以上，這將為科學家理解人類的進化提供新的起點。