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In che modo le misteriose regioni della "materia oscura" del genoma umano influenzano la nostra salute?

Il Human Genoma Il progetto ha rivelato che circa l'1-2% dei nostri genoma produce proteine ​​funzionali mentre il ruolo del restante 98-99% rimane enigmatico. I ricercatori hanno cercato di svelare i misteri che circondano lo stesso e questo articolo getta luce sulla nostra comprensione del suo ruolo e delle implicazioni per umano Salute e malattie.

Dal momento in cui Human Genoma Il progetto (HGP) è stato completato nell'aprile 20031, si pensava che conoscendo l'intera sequenza di umano genoma che consiste di 3 miliardi di paia di basi o "paia di lettere", genoma sarà un libro aperto grazie al quale i ricercatori saranno in grado di individuare esattamente come funziona un organismo complesso come a umano essendo lavori che alla fine porteranno a scoprire le nostre predisposizioni a vari tipi di malattie, miglioreranno la nostra comprensione del motivo per cui si verificano le malattie e anche a trovare una cura per loro. Tuttavia, la situazione è diventata molto perplessa quando gli scienziati sono riusciti a decifrarne solo una parte (solo ~1-2%) che costituisce le proteine ​​funzionali che decidono la nostra esistenza fenotipica. Il ruolo dell'1-2% del DNA nella produzione di proteine ​​funzionali segue il dogma centrale della biologia molecolare che afferma che il DNA viene prima copiato per produrre RNA, in particolare mRNA, mediante un processo chiamato trascrizione seguito dalla produzione di proteine ​​da parte dell'mRNA mediante traduzione. Nel linguaggio del biologo molecolare, questo 1-2% del umano genoma codici per proteine ​​funzionali. Il restante 98-99% viene definito “DNA spazzatura” o “oscuro”. importanza' che non produce nessuna delle proteine ​​funzionali sopra menzionate e viene trasportato come 'bagaglio' ogni volta che a umano l'essere nasce. Per comprendere il ruolo del restante 98-99% del genoma, progetto ENCODE (ENciclopedia degli elementi del DNA).2 è stato lanciato nel settembre 2003 dalla Nazionale Human Genoma Istituto di ricerca (NHGRI).

I risultati del progetto ENCODE hanno rivelato che la maggior parte è oscura importanza'' comprende sequenze di DNA non codificanti che funzionano come elementi regolatori essenziali attivando e disattivando i geni in diversi tipi di cellule e in diversi momenti nel tempo. L'azione spaziale e temporale di queste sequenze regolatrici non è ancora del tutto chiara, poiché alcuni di questi (elementi regolatori) si trovano molto lontani dal gene su cui agiscono mentre in altri casi possono essere vicini tra loro.

La composizione di alcune regioni del umano genoma era noto anche prima del lancio del Human Genoma Proietta in quel ~8% del umano genoma deriva da virale genomi incorporato nel nostro DNA come umano retrovirus endogeni (HERV)3. Questi HERV sono implicati nel fornire l'immunità innata gli esseri umani agendo come elementi regolatori per i geni che controllano la funzione immunitaria. Il significato funzionale di questo 8% è stato corroborato dai risultati del progetto ENCODE che hanno suggerito che la maggior parte dei "dark" importanza funge da elemento normativo.

Oltre ai risultati del progetto ENCODE, è disponibile una grande quantità di dati di ricerca degli ultimi due decenni che suggeriscono un plausibile ruolo normativo e di sviluppo per l'ambiente oscuro. importanza'. Utilizzando Genoma-wide Association Studies (GWAS), è stato identificato che la maggior parte delle regioni non codificanti del DNA sono associate a malattie e tratti comuni4 e le variazioni in queste regioni funzionano per regolare l'insorgenza e la gravità di un gran numero di malattie complesse come tumori, malattie cardiache, disturbi cerebrali, obesità, tra molte altre5,6. Gli studi GWAS hanno anche rivelato che la maggior parte di queste sequenze di DNA non codificanti nel genoma vengono trascritte (convertite in RNA dal DNA ma non tradotte) in RNA non codificanti e la perturbazione della loro regolazione porta a effetti differenziali che causano malattie7. Ciò suggerisce la capacità degli RNA non codificanti di svolgere un ruolo regolatore nello sviluppo della malattia8.

Inoltre, parte della materia oscura rimane come DNA non codificante e funziona in modo regolatorio come potenziatori. Come suggerisce la parola, questi potenziatori funzionano migliorando (aumentando) l'espressione di alcune proteine ​​nella cellula. Ciò è stato dimostrato in un recente studio in cui gli effetti potenziatori di una regione non codificante del DNA rendono i pazienti suscettibili a complesse malattie autoimmuni e allergiche come la malattia infiammatoria intestinale.9,10, portando così all'identificazione di un nuovo potenziale bersaglio terapeutico per il trattamento delle malattie infiammatorie. I potenziatori della "materia oscura" sono stati implicati anche nello sviluppo del cervello, dove gli studi sui topi hanno dimostrato che l'eliminazione di queste regioni porta ad anomalie nello sviluppo del cervello11,12. Questi studi potrebbero aiutarci a comprendere meglio le complesse malattie neurologiche come l'Alzheimer e il Parkinson. È stato anche dimostrato che la "materia oscura" svolge un ruolo nello sviluppo dei tumori del sangue13 come la leucemia mieloide cronica (LMC) e la leucemia linfatica cronica (LLC).

Pertanto, la "materia oscura" rappresenta una parte importante del umano genoma di quanto precedentemente realizzato e ha influenze dirette umano Salute svolgendo un ruolo regolatore nello sviluppo e nell’insorgenza di umano malattie come sopra descritte.

Ciò significa che l'intera "materia oscura" viene trascritta in RNA non codificanti o svolge un ruolo potenziatore come DNA non codificante agendo come elementi regolatori associati alla predisposizione, all'insorgenza e alle variazioni delle varie malattie che causano gli esseri umani? Gli studi condotti finora mostrano una forte preponderanza per questi studi e ulteriori ricerche nei prossimi anni ci aiuteranno a delineare esattamente la funzione dell'intera "materia oscura", che porterà all'identificazione di nuovi bersagli nella speranza di trovare una cura al problema malattie debilitanti che affliggono la razza umana.

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Riferimenti:

1. "Completamento del progetto genoma umano: domande frequenti". Nazionale Umana Genoma Istituto di ricerca (NHGRI). Disponibile on-line su https://www.genome.gov/human-genome-project/Completion-FAQ Consultato il 17 maggio2020.

2. Smith D., 2017. Il misterioso 98%: gli scienziati cercano di far luce sul "genoma oscuro". Disponibile online su https://phys.org/news/2017-02-mysterious-scientists-dark-genome.html Consultato il 17 maggio 2020.

3. Soni R., 2020. Umani e virus: una breve storia della loro complessa relazione e implicazioni per COVID-19. Scientific European Inserito il 08 maggio 2020. Disponibile online su https://www.scientificeuropean.co.uk/humans-and-viruses-a-brief-history-of-their-complex-relationship-and-implications-for-COVID-19 Consultato il 18 maggio 2020.

4. Maurano MT, Humbert R, Rynes E, et al. Localizzazione sistematica della comune variazione associata alla malattia nel DNA regolatorio. Scienza. 2012 settembre 7;337(6099):1190-5. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1222794

5. Un catalogo degli studi pubblicati sull'associazione a livello di genoma. http://www.genome.gov/gwastudies.

6. Hindorff LA, Sethupathy P, et al 2009. Potenziali implicazioni eziologiche e funzionali dei loci associativi dell'intero genoma per malattie e tratti umani. Proc Natl Acad Sci US A. 2009, 106: 9362-9367. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0903103106

7. St. Laurent G, Vyatkin Y e Kapranov P. L'RNA della materia oscura illumina il puzzle degli studi di associazione sull'intero genoma. BMC Med 12, 97 (2014). DOI: https://doi.org/10.1186/1741-7015-12-97

8. Martin L, Chang HY. Scoprire il ruolo della "materia oscura" genomica nelle malattie umane. J Clin Invest. 2012;122 (5): 1589-1595. https://doi.org/10.1172/JCI60020

9. The Babraham Institute 2020. Scoprire come le regioni della "materia oscura" del genoma influenzano le malattie infiammatorie. Inserito il 13 maggio 2020. Disponibile online su https://www.babraham.ac.uk/news/2020/05/uncovering-how-dark-matter-regions-genome-affect-inflammatory-diseases Consultato il 14 maggio 2020.

10. Nasrallah, R., Imianowski, CJ, Bossini-Castillo, L. et al. 2020. Un potenziatore distale a rischio locus 11q13.5 promuove la soppressione della colite da parte delle cellule Treg. Natura (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2296-7

11. Dickel, DE et al. 2018. I potenziatori ultra conservati sono necessari per lo sviluppo normale. Cell 172, numero 3, P491-499.E15, 25 gennaio 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.017

12. Il DNA della "materia oscura" influenza lo sviluppo del cervello DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-018-00920-x

13. La materia oscura conta: discriminare i tumori del sangue sottili usando il DNA più oscuro DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007332

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Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://www.RajeevSoni.org/
Il dottor Rajeev Soni (ID ORCID: 0000-0001-7126-5864) ha un dottorato di ricerca. in Biotecnologie presso l'Università di Cambridge, Regno Unito e ha 25 anni di esperienza lavorando in tutto il mondo in vari istituti e multinazionali come The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux e come ricercatore principale con US Naval Research Lab nella scoperta di farmaci, nella diagnostica molecolare, nell'espressione proteica, nella produzione biologica e nello sviluppo del business.

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