Genomforschung hat sechs Artikel beschreibt die jüngsten Fortschritte der modENCODE Projekt veröffentlicht . Ursprünglich im Jahr 2007 ins Leben gerufen , ist das Ziel des modENCODE Projekt umfassend zu charakterisieren funktionelle Genomelemente in zwei Modellorganismen , die Fliege Drosophila melanogaster und dem Wurm Caenorhabditis elegans . Vergleichende Analysen in diesen etablierten Systemen wird erwartet, dass die Bemühungen um unser Verständnis der Biologie des Menschen weiter zu führen. Die veröffentlichten Artikel präsentieren neue genomische Fortschritte beleuchtet bei der embryonalen Entwicklung , DNA-Replikation, Transkriptionsregulation , und vieles mehr. Highlights aus den modENCODE Projekt Artikel finden Sie unten .
1. Doppelte Entwicklung nach der Metamorphose
Es wurde lange vermutet, ist , dass die embryonale Entwicklung ist stark in Organismen konserviert , aber wie viel Schutzes, insbesondere über große evolutionäre Zeitskalen , ist nicht bekannt. Jingyi Jessica Li und seine Kollegen verglichen Entwicklungs Genexpression zwischen zwei sehr unterschiedlichen Modellorganismen , die 600 Millionen Jahren auseinander - die Fruchtfliege D. melanogaster und dem Fadenwurm C. elegans - über 30 und 35 unterschiedlichen Entwicklungsstadien in jeder Art auf.
Trotz vieler Unterschiede zwischen den beiden Arten, einschließlich Morphologie , Größe, Lebenszyklus , und der relative Anteil jedes Geschlechts (99,5 % der erwachsenen C. elegans sind Zwitter ) fanden die Autoren , dass Würmer und Fliegen Aktien erhalten Genexpressionsmuster während der Entwicklung. Um dies zu untersuchen, entwickelten die Autoren ein neues statistisches Verfahren zur Identifizierung "stage -assoziierten " Gene oder Gene, die relativ hohe Expression in einem bestimmten Entwicklungsstadium relativ zu anderen Stufen , und dann gesucht dieser Gene in anderen Organismen . Entwicklungsstadien in Schnecken könnte , um ihre jeweiligen Entwicklungsstadien in fly abgestimmt werden , und überraschenderweise in einigen Fällen eine Stufe bei Schnecken entsprach zwei Stufen in der Fliege . Fliegen , im Gegensatz zu Würmern, Metamorphose , in der die meisten der Larvenzellen sterben , und Zellen müssen sich vermehren , um die erwachsenen Tier zu bilden. " Es scheint, dass die Fliege rekapituliert einen Teil des Entwicklungsprogrammswährend der Entwicklung , das war durchaus überraschend , wenn auch in der Rückschau kann man sehen, wie es sinnvoll ist ", sagte Co - Autor Steven entsprechenden Brenner.
Referenz: Li JJ , Huang H, Bickel PJ , Brenner SE . 2014. Vergleich von D. melanogaster und C. elegans- Entwicklungsstadien , Geweben und Zellen durch modENCODE RNA -seq Daten. Genome Research , doi: 10,1101 / gr.170100.113
2. Chromatin Hinweise für die DNA-Replikation
Unsere Genome werden auf die nächste Generation von replizierenden unserer DNA geleitet. Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist für Mutationen, die Krankheiten, einschließlich Veranlagung für Krebs führen kann, vermieden . Die Replikation ist unabhängig und nicht gleichzeitig an Hunderttausende von Seiten in unserem Genom nach Herkunft Anerkennung Komplexe (ORC) initiiert , und eine Strecke von DNA in "frühen" oder "späten" replizieren kategorisiert werden. DNA wird in Chromatin gebaut , einschließlich Histonen mit verschiedenen chemischen Modifikationen , dass die Transkription und Kompaktierung der DNA. Die Wirkung dieser Änderungen auf DNA-Replikation, ist jedoch unklar . " DNA-Replikation hat quälend genaue und mit anderen laufenden DNA-gestützte Prozesse wie Transkription koordiniert zu sein ", sagte David MacAlpine .
MacAlpine und Kollegen verwendeten eine Technik , wie Repli -seq neu replizierte DNA-Regionen mit Next Generation Sequencing charakterisieren bekannt. Früh replizierende DNA-Segmente , die etwa ein Drittel des Genoms , mit Aktiv Histonmarkierungen hoher Ichte und Genexpression korreliert. Späte replizierenden Segmente eine Abwesenheit von aktiven Histonmarkierungen , in repressiven Histon-Modifikationen bereichert und sind in der Gen- armen Regionen . Wichtig ist, dass die Verminderung der Zahl der Histon- Acetylierung H4K16 Marke auf dem männlichen X-Chromosom , die die Transkription von der gesamten X-Chromosom für Dosiskompensation regulieren dient , reduziert nicht nur die Transkription , sondern verschiebt sich auch die DNA-Replikation von früh bis spät . Die Anzahl der ORC Bindung an das X -Chromosom unverändert bleibt, was die Autoren diese Verschiebung in Zeit reduziert Ursprungs Aktivierung an ORC Bindungsstellen zuzuschreiben.
" Die modENCODE Projekt und die enormen Ressourcen von hoher Qualität genomische Datensätze mit dem Projekt verbunden sind, haben dazu beigetragen, so dass wir damit beginnen, die Regeln, nach denen die lokale Chromatinstruktur Umwelt regelt die DNA-Replikation Programm in höheren Eukaryoten verstehen", sagte MacAlpine .
Referenz: Lubelsky Y, Prinz JA , DeNapoli L , Li Y, Belsky JA , MacAlpine DM . 2014 Die DNA- Replikation und Transkription Programme reagieren auf die gleiche Chromatin Cues. Genome Research , doi: 10,1101 / gr.160010.113
3. Genomic Blaupause für die Genexpression
Obwohl Genomsequenzen für eine wachsende Anzahl von Organismen vorhanden sind, ist die Abhängigkeit von der überwiegenden Mehrheit des Genoms bekannt. Insbesondere sind die Funktionen der nichtcodierenden Regionen des Genoms , die die Genexpression regulieren können , werden kaum verstanden .
Aufbauend auf früheren Arbeiten von der modENCODE Consortium, Kevin White und Kollegen untersuchten Genom-weiten Bindungsprofile von 84 verschiedenen Transkriptionsregulationsfaktorenoder TRFs . Die Autoren identifizierten über 400 Millionen Bindungsstellen im Fliegengenom, von denen die meisten in der Nähe aufgetreten Gen-Promotoren aber distalen Stellen ein beträchtlicher Anteil kam es auch . " Annotation von regulatorischen Elementen und Identifizierung der Transkriptionsregulatoren Ausrichtung dieser Elemente sind wichtige Schritte zu verstehen , wie eine bestimmte Zelle ihren genetischen Bauplan interpretiert ", sagte Matthew Slattery , Erstautor der Studie.
Etwa 10% der identifizierten TRF Regionen wurden von 14 oder mehr verschiedene Faktoren gebunden ist; diese Regionen als Gebiete ' HOT' genannt, werden mit aktiven Chromatin und Gene, die hoch und ubiquitär exprimiert werden assoziiert, während ' COLD -Regionen (Regionen mit 1-3 TRFs gebunden ) , sind mit inaktiven Chromatin Umgebungen . HOT Regionen waren auch eher um die Genexpression in verschiedenen Zelllinien zu fahren. Interessant ist, dass im Gegensatz zu den meisten TRFs , die in aktiven Regionen Chromatin binden , mehrere wichtige Entwicklungs TRFs binden zu inaktiven Bereichen , einschließlich der Regionen , die von Polycomb Protein unterdrückt. Die Gene, die die jeweiligen TRFs kodieren, sind sie selbst durch Polycomb drückt , was auf eine in sich geschlossene regulatorischen Netzwerkes in der embryonalen Entwicklung .
" Die regulatorischen Netzwerke, die DNA-Sequenz in ein funktionelles vielzelligen Organismus zu konvertieren sind groß und komplex. Unsere Arbeit Highlights wählen Knoten und Verbindungen in diesem Netzwerk , aber die meisten der Topologie bleibt unerforscht ", so Slattery .
Referenz: Slattery M, Ma L, Spokony RF , Arthur RK, Kheradpour P , Kundaje A, Negre N, Crofts A, Ptashkin R, Zieba J , Ostapenko A, Suchy S, Victorsen A, Jameel M, Grundstad AJ , Gao W, Moran JR, Rehm EJ , Grossman RL, Kellis M, Weiß KP . 2014 Diverse Muster der genomischen Targeting von Transkriptionsregulatoren in Drosophila melanogaster . Genome Research , doi: 10,1101 / gr.168807.113
4. Vergleichende Drosophila Transkriptomik
Auch in dieser Ausgabe präsentiert das modENCODE Konsortium eine verbesserte genomweiten Annotation von fly -Transkripte . RNA -Sequenzierung von mehreren Geweben und Entwicklungsstadien von 15 verschiedenen Drosophila Spezies nachgewiesen, dass ein großer Anteil der Transkripte evolutionär allen Spezies konserviert. Diese Studie stellt auch vergleichende Methoden, die hilfreich bei der Verbesserung der menschlichen Genom-Annotation erweisen können .
Referenz: Chen ZX , Sturgill D, J Qu Jiang H, Park S, N Boley , Suzuki AM, Fletcher AR, Plachetzki DC, FitzGerald PC , et al. 2014 Vergleichende Validierung des D. melanogaster modENCODE Transkriptom Annotation. Genome Research , doi: 10,1101 / gr.159384.113
In oben hervorgehoben Zusätzlich zu den vier Artikeln werden folgende modENCODE Artikel auch in der Ausgabe veröffentlicht werden :
Arthur RK, Ma L, M Slattery , Spokony RF , Ostapenko A, Negre N, Weiß KP . 2014 Entwicklung der H3K27me3 markierten Chromatin , die Genexpression und Evolution , um Muster der Gen-Duplikation und Diversifizierung verbunden . Genome Research , doi: 10,1101 / gr.162008.113
Wen J , Mohammed J , Bortolamiol - Becet D, Tsai H, Robine N, Westholm JO , Ladewig E, Dai Q , K Okamura , Flynt AS, et al. 2014 Vielfalt von miRNAs , siRNAs und piRNAs über 25 Drosophila -Zelllinien. Genome Research , doi: 10,1101 / gr.161554.113