Новые ключи к расшифровке генома: проект ENCODE объясняет "темную материю" ДНК

Журналы Nature, Genome Research и Genome Biology опубликовали 30 статей с прорывными результатами проекта Энциклопедия элементов ДНК (ENCODE). Консорциум, после почти десяти лет работы, определил биохимические функции для 80% генома, большая часть которого ранее считалась "мусорной" ДНК.

Что такое некодирующая ДНК и почему её называли "мусором"?

ДНК — это генетический материал всех живых организмов. "Кодирующая" ДНК может "считываться" клеточными механизмами, в основном для производства белков. Однако у метазоев (например, людей) существуют участки ДНК, не содержащие читаемого кода — некодирующая ДНК. Когда исследователи начали расшифровывать линейную последовательность ДНК, стало очевидно, что её большая часть некодирующая. Поэтому для описания таких регионов использовали слово "мусор".

Как новые данные меняют понимание функций некодирующей ДНК?

ENCODE показал, что, вопреки прежним взглядам, большинство последовательностей человеческого генома не бесполезны. Хотя ранее было известно, что некодирующие регионы важны для регуляции, этот проект продемонстрировал, что они служат дорожной картой для регуляторных ДНК-связывающих белков, влияющих на экспрессию кодирующих областей.

До этого масштабного анализа никто не знал о масштабах регуляторных регионов в "мусорной" ДНК, которую теперь называют "темной материей". Например, существует множество сайтов, которые специфически химически модифицируются, что позволяет ингибировать или индуцировать кодирующие области ДНК.

Примечательно, что регуляция экспрессии происходит не только в кодирующих областях, смежных с регуляторными элементами, как считалось ранее. В некоторых случаях регуляция является дальнодействующей и, по-видимому, происходит только тогда, когда регуляторные элементы находятся рядом с кодирующими областями в трёхмерном пространстве.

Как это изменит генетические исследования?

Открытие дальнодействующей регуляции кодирующих областей ДНК — это крайне важное открытие. Оно позволит начать понимать эффект известных изменений в последовательности ДНК (т.е., мутаций) между, например, здоровыми и раковыми тканями.

Как выясняется, многие мутации, связанные с заболеваниями, находятся в некодирующих регионах, что раньше не имело смысла. Теперь появится возможность наносить мутации на эту "дорожную карту" и, что особенно важно, понимать, как мутации, далёкие в линейной ДНК, меняют регуляторный ландшафт клеток.