密歇根州立大學(xué)的一項(xiàng)新研究在學(xué)習(xí)“閱讀”基因組方面取得了進(jìn)展，這是現(xiàn)代生物學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。發(fā)表在eLife上的結(jié)果表明，我們基因組的DNA含量類似于復(fù)雜的生物語(yǔ)言，由編碼區(qū)和調(diào)控區(qū)組成。雖然DNA中的蛋白質(zhì)編碼區(qū)域可以與交通信號(hào)進(jìn)行比較 - 利用簡(jiǎn)單的停止或消息 - DNA中的調(diào)節(jié)區(qū)域更像是詩(shī)歌。

“DNA中的調(diào)控位點(diǎn)就像一個(gè)燈開(kāi)關(guān)，可以打開(kāi)和關(guān)閉基因。在動(dòng)物中，它非常復(fù)雜，”MSU生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授，該論文的第一作者David Arnosti說(shuō)。“細(xì)胞中可能存在數(shù)百種與基因結(jié)合并影響活性的蛋白質(zhì)因子。并且可能存在數(shù)百個(gè)結(jié)合位點(diǎn)。”

他將這些監(jiān)管網(wǎng)站中使用的“語(yǔ)言”與詩(shī)歌進(jìn)行了比較。

“可能是艾米莉狄金森，或莎士比亞或艾倫金斯伯格;但所有人都在用'言辭'來(lái)喚起思想和情感，控制信息，”他說(shuō)。“當(dāng)我們進(jìn)入一個(gè)人類群體的DNA序列越來(lái)越容易進(jìn)入的時(shí)代時(shí)，我們想知道基因調(diào)控區(qū)域變化的功能意義。”

Arnosti與現(xiàn)任DAV大學(xué)生物化學(xué)助理教授Rupinder Sayal一起進(jìn)行了這項(xiàng)研究。(印度)?; Jacqueline Dresch，現(xiàn)任克拉克大學(xué)數(shù)學(xué)教授; 和Irina Pushel，現(xiàn)在是Stowers醫(yī)學(xué)研究所的博士前研究員。

該團(tuán)隊(duì)研究了一組調(diào)控蛋白，負(fù)責(zé)在果蠅胚胎中打開(kāi)和關(guān)閉基因。稱為Dorsal的調(diào)節(jié)因子控制著對(duì)果蠅胚胎發(fā)育至關(guān)重要的基因網(wǎng)絡(luò)。背側(cè)與稱為菱形的基因的調(diào)節(jié)區(qū)或“增強(qiáng)子”結(jié)合; 該元素已經(jīng)得到很好的研究，并且已知是增強(qiáng)區(qū)域的一個(gè)相當(dāng)?shù)湫偷睦印１巢颗c人類免疫的關(guān)鍵基因以及疾病中的炎癥密切相關(guān)。

“我們分析了該基因的數(shù)十種變體，并在約1,000個(gè)胚胎中定量測(cè)量表達(dá)，創(chuàng)建了一個(gè)定量數(shù)據(jù)集，可用于訓(xùn)練數(shù)學(xué)模型，利用參數(shù)優(yōu)化，”Arnosti說(shuō)。“我們的研究表明，通過(guò)采用定量實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型可以獲得特定對(duì)照蛋白的調(diào)節(jié)特性。”

通過(guò)應(yīng)用模型集合，研究團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別其他序列中的保守調(diào)控特性以“讀取”基因組。

“使用這種方法，我們最終能夠做你在英語(yǔ)課上做同樣的事情 - 拿起一本ha句或莎士比亞的書(shū)，并理解'這是一首愛(ài)情詩(shī)，'或'這是一首挽歌'，因?yàn)槲覀儗⒗斫膺@些詞 - DNA元素 - 如何在不同的環(huán)境中使用，以傳達(dá)對(duì)基因調(diào)控的不同含義，“Arnosti說(shuō)。

需要進(jìn)行類似的研究，以了解基因組中發(fā)現(xiàn)的突變?nèi)绾斡绊懟虮磉_(dá)，從而更好地診斷和治療疾病。

“例如，我們可以比較來(lái)自同一患者的腫瘤和正常組織中的基因表達(dá)，以找出該基因網(wǎng)絡(luò)出了什么問(wèn)題，”Arnosti說(shuō)。“有能力從DNA序列中讀取監(jiān)管潛力，有助于使用精準(zhǔn)醫(yī)學(xué) - 開(kāi)具某些藥物或治療方法，專門針對(duì)該患者的癌癥。”

這項(xiàng)研究還可以促進(jìn)進(jìn)化研究，以調(diào)查和了解以前沒(méi)有進(jìn)行任何研究的基因組，揭示可能有助于新產(chǎn)品或疾病治療的開(kāi)發(fā)的重要監(jiān)管屬性。