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小鼠至人类基因组比较解释DNA演化

2014年11月21日 浏览量: 评论(0) 来源:科技日报 作者:科技日报 责任编辑:wlladmin
摘要:一项比较小鼠和人类DNA的控制基因表达区域的综合研究揭示,它们中大约有三分之一在这两个物种间是得到保守的,而这两个物种在大约5.5亿年前就分离了。
   
   
    

在此提出的数据集将对尝试理解哺乳动物调控DNA是如何演化的研究人员有用。有关哺乳动物中数千个基因是如何通过像增强子和启动子(它们控制着基因表达)DNA成分进行调控的研究因为缺乏可在人与小鼠间进行比较的来自不同细胞类型的详细的调控DNA图而一直受到限制。

Jeff Vierstra和同事在此连同小鼠ENCODE项目(其被设计用来探索在小鼠基因组中编码的功能性成分)战胜了这一挑战。研究人员用被称作DHSs的位点或DNAI超敏感位点——它们常常标志着基因调控区域——而在45种小鼠细胞与组织类型中绘制了小鼠调控DNA的状貌。他们将其小鼠DHS图与来自相应人类细胞与组织的DHS图进行了比较。有DHSs中有许多与它们所影响的基因的距离要比那些已经改变及不共有的DHSs与它们所影响基因的距离更远。

这表明,在整个哺乳动物演化史中一直得到保守的DHSs可能在功能上不同于那些距离其所控制基因较近的DHSs

 科技日报讯 (记者房琳琳)十多年前,当人们开始为小鼠和人类绘制基因图谱时,一个国际研究团队就开始研究并比较二者之间的“任务控制中心”功能了。期待已久的报告发布在1120日出版的《自然》杂志上。

该报告解释了为什么对小鼠的研究并不总能在人类身上重现。更重要的是,科学家说,他们的研究为解密DNA控制区功能带来曙光,通常人类普通慢性疾病的遗传原因会归咎于此。

“小鼠和人类的绝大多数差异来自基因活性的调节,而不是基因本身。”研究团队成员米歇尔·毕耳博士说,“小鼠是人类生物学的重要模型工具,我们必须理解这些差异以便更好地研究人类自身。”

在早期的基因遗传学中,研究人员倾向于寻找单个或者多个与疾病有关的基因突变。但是,若没有“任务控制中心”,基因将无法在正确的时间、正确的地点产生正确数量的蛋白质。“从糖尿病、多动症到帕金森等多数人类疾病是由非常规基因调控导致的,这一点现在越来越清楚了。”毕耳说。

几乎所有的人类基因在小鼠身上都有个明确的对应基因,但是蛋白质编码基因只占据了各自基因组的1.5%,基于此,能治愈小鼠的化合药物通常对人类无效。

 据物理学家组织网1120日(北京时间)报道,为了深入探究这些功能区域,研究组分析了包括大脑、心脏、血液、肝脏、肾脏和皮肤在内的124种小鼠细胞和组织,收集了1000多份报告,数据库显示了DNA区域中哪些基因较活跃,特殊蛋白质在何处与DNA结合,以及DNA的复制在何处进行等。

毕耳还发明了一种数学工具,可以比较小鼠和人体组织数据库,并识别二者之间最相似的区域。分析证明,当小鼠基因处于蛋白质生产等细胞内进程时,与人类的活动模式非常类似,但处于细胞表面活动进程时,其放射性剖面图显示了截然不同的模式。

“这是一个具有广泛影响的发现,研究人员可用它来研究细胞间通信、免疫、心血管疾病和其他一系列疾病。”毕耳说,“进化机制已经很仔细地为大多数基础性核心细胞进程保存了调控机制,但是根据每个物种的需求将其余的进程都改变了。”

令人吃惊的是,通过比较小鼠和人类细胞及组织的基因活性模式,研究组也发现,在基因活性层面,小鼠大脑与小肠中基因模型的相似度,比小鼠与人类大脑基因模型之间的相似度要高得多。这意味着,大部分进化中的遗传变化发生在物种或系统层面。

总编辑圈点

鉴于基因序列和人类差不多,而且数量充足,几乎完全没有个体差异,小白鼠被广泛用于食品、药品、医学及生命科学等的安全性、毒性和效力等方面的实验和检验。然而,小白鼠毕竟属于鼠类,物种的不同致使其不能与人类同日而语,在一些实验和检验中,就不能完全替代人类,这时,猩猩等与人类更近似的动物就成为更好的选择。只是科研人员并不甘心,于是就从小鼠与人类的异同之处下手,或许会有更多意想不到的发现。

 

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