人類(lèi)基因組序列是固定的，這意味著身體每個(gè)細(xì)胞中的基因組應(yīng)該具有相同的DNA代碼。那么，什么使眼睛細(xì)胞與肝細(xì)胞不同?

不同之處在于如何調(diào)節(jié)和表達(dá)基因組的各個(gè)基因 - 實(shí)質(zhì)上是如何以及何時(shí)將它們“開(kāi)啟”和“關(guān)閉”。這就決定了每個(gè)細(xì)胞之間的差異。這些變化在很大程度上受表觀遺傳學(xué)控制

表觀遺傳學(xué)描述了可以傳遞給未來(lái)細(xì)胞的基因組修飾。這些變化不會(huì)改變DNA的核苷酸序列 - 構(gòu)成我們基因的As，Gs，Ts和Cs。相反，它們修飾了支持DNA序列的“骨架”。這些修飾會(huì)影響基因活躍的時(shí)間和頻率。例如，某些胰腺細(xì)胞需要編碼胰島素的基因易于獲得(細(xì)胞轉(zhuǎn)錄成胰島素蛋白)。但毛囊細(xì)胞不需要胰島素就可以使用。以這種方式，人體的每種不同細(xì)胞和組織類(lèi)型具有不同的表觀基因組。

該映射表觀基因組開(kāi)始與百科全書(shū)的DNA元素(ENCODE)中，2003年該項(xiàng)目旨在發(fā)現(xiàn)和研究所有表觀元素，它們是連接到骨干網(wǎng)和控制我們的基因功能的實(shí)際化學(xué)品推出的項(xiàng)目。不幸的是，其臨床應(yīng)用受到限制，因?yàn)槠浯蟛糠纸Y(jié)果涵蓋少數(shù)細(xì)胞類(lèi)型。2月基因組月度進(jìn)展是關(guān)于路線圖表觀基因組學(xué)項(xiàng)目如何通過(guò)編目人體中許多不同細(xì)胞類(lèi)型的表觀基因組來(lái)填補(bǔ)這一空白。通過(guò)這種方式，該項(xiàng)目希望增加我們對(duì)表觀基因組如何促進(jìn)健康和疾病的理解。

路線圖Epigenomics Consortium于2015年2月19日在Nature雜志上發(fā)布了第一組結(jié)果。該小組分析了來(lái)自各種成人細(xì)胞類(lèi)型的表觀基因組，如腦與腎，以及細(xì)胞亞型，如來(lái)自大腦不同區(qū)域的細(xì)胞。該小組分析了來(lái)自健康個(gè)體以及患有癌癥，神經(jīng)退行性疾病和自身免疫疾病的患者的這些細(xì)胞。他們還描述了干細(xì)胞的表觀基因組，并在最終分析中包含了現(xiàn)有ENCODE項(xiàng)目的數(shù)據(jù)。結(jié)果是來(lái)自127種不同類(lèi)型的組織和細(xì)胞的參考表觀基因組。所有數(shù)據(jù)，包括用于獲取數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，都是免費(fèi)向公眾開(kāi)放的，可以在網(wǎng)上找到。

研究小組發(fā)表了五篇論文，重點(diǎn)介紹了表觀基因組學(xué)及其在發(fā)育和疾病中的重要性的新見(jiàn)解。在一篇論文中，由哈佛大學(xué)博士后研究員，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)博士研究生助理Michael Ziller領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)模擬了神經(jīng)細(xì)胞如何在細(xì)胞培養(yǎng)中從干細(xì)胞中生長(zhǎng) - 細(xì)胞具有成熟的能力。任何細(xì)胞類(lèi)型。由Alexander Tsankov(也來(lái)自Broad)領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)小組定義了表觀基因組特征，這些特征導(dǎo)致胚胎發(fā)育過(guò)程中干細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞譜系的第一次主要分裂(外胚層，內(nèi)胚層和中胚層 - 將繼續(xù)形成神經(jīng)的細(xì)胞)系統(tǒng)，器官和肌肉)。這些見(jiàn)解將允許研究人員定義表觀基因組如何提供“配方”

該項(xiàng)目的其他科學(xué)家小組研究了表觀基因組可能如何影響特定疾病。Kyle Farh(也來(lái)自Broad)及其同事研究了As，Gs，Ts和Cs中DNA變化的遺傳變異 - 與表觀遺傳化學(xué)物質(zhì)相互作用以及這些變化如何與自身免疫性疾病相關(guān)聯(lián)。由Paz Polak領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)(再次來(lái)自Broad)研究了癌細(xì)胞中的表觀基因組變化。他們發(fā)現(xiàn)，他們可以基于癌癥最可能起源的細(xì)胞類(lèi)型的表觀基因組來(lái)預(yù)測(cè)特定癌癥的突變種類(lèi)。這意味著癌癥祖先細(xì)胞的表觀基因組對(duì)腫瘤中的哪些基因隨時(shí)間變異具有很大影響。重要的是，當(dāng)研究人員評(píng)估癌細(xì)胞系，實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化培養(yǎng)細(xì)胞時(shí)，這些預(yù)測(cè)并不成立，通常被研究作為癌癥的模型。這意味著表觀基因組在癌癥中具有重要意義，可能不適用于在實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)的癌細(xì)胞系中進(jìn)行研究。

最后，麻省理工學(xué)院的Elizabeta Gjoneska及其同事研究了小鼠阿爾茨海默病的模型，以繪制神經(jīng)退行性過(guò)程中大腦的表觀遺傳變化。他們發(fā)現(xiàn)小鼠腦中改變的表觀基因組與已故阿爾茨海默病患者的樣本相似。這種改變的表觀遺傳模式在未患阿爾茨海默病的成人組織中未見(jiàn)。因此，這種見(jiàn)解可能會(huì)引導(dǎo)科學(xué)家們開(kāi)發(fā)新的藥物發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，以對(duì)抗阿爾茨海默氏癥和其他神經(jīng)退行性疾病。

即使對(duì)表觀基因組有了這種廣泛的新認(rèn)識(shí)，仍有許多問(wèn)題需要回答。例如，表觀基因組如何隨著細(xì)胞和人類(lèi)年齡的變化而變化?我們能否利用這些數(shù)據(jù)更好地預(yù)測(cè)人群中的癌癥風(fēng)險(xiǎn)?此外，雖然127種不同類(lèi)型的細(xì)胞是了解表觀基因組景觀的良好開(kāi)端，但人體由數(shù)千種不同類(lèi)型的細(xì)胞組成。許多這些細(xì)胞仍在被發(fā)現(xiàn)，并且每個(gè)細(xì)胞在體內(nèi)都具有特殊功能。

就像14年前首次在Nature發(fā)表的最終人類(lèi)基因組計(jì)劃序列一樣，路線圖表觀基因組學(xué)項(xiàng)目可能會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題而不是答案。然而，憑借這些新信息，研究人員將能夠研究有關(guān)人類(lèi)發(fā)育，健康和疾病的基因組起源的更多具體細(xì)節(jié)。