Карта сокровищ для понимания эпигенетических причин заболеваний
Эпигенетика - это система молекулярной маркировки ДНК - она сообщает различным клеткам тела, какие гены включить или выключить
Спустя почти 20 лет после того, как ученые впервые нанесли на карту человеческий геном, большинство болезней все еще не может быть предсказано на основе генов, что побуждает ученых исследовать эпигенетические причины заболевания.
Но к изучению эпигенетики нельзя подходить так же, как к генетике, поэтому прогресс был медленным. Теперь ученые из Исследовательского центра USDA/ARS при Медицинском колледже Бейлора определили уникальную часть генома, на которой должны сосредоточиться специалисты. Их отчет, который предоставляет «карту сокровищ» для ускорения исследований в области эпигенетики и болезней человека, был опубликован в журнале «Геномная биология».
Эпигенетика — это система молекулярной маркировки ДНК — она сообщает различным клеткам тела, какие гены включить или выключить в этом типе клеток. Но клеточно-специфическая природа эпигенетики затрудняет изучение. В то время как образец крови можно использовать для «генотипирования» индивидуума, большинство эпигенетических меток в ДНК крови не дают никаких подсказок о эпигенетической дисрегуляции в других частях тела, таких как мозг или сердце.
Доктор Роберт Уотерланд и его команда определили специальные области генома, где образец крови может использоваться для определения эпигенетической регуляции во всем организме, что позволяет ученым проверить эпигенетические причины заболевания.
Для этого они сфокусировались на наиболее стабильной форме эпигенетической регуляции — метилировании ДНК. Это добавление метильных групп к молекуле ДНК происходит в зачаточном состоянии и может повлиять на здоровье на всю жизнь.
Чтобы идентифицировать области генома, в которых метилирование ДНК у разных людей различно, но одинаково для разных тканей, они профилировали метилирование ДНК по всему геному в трех тканях (щитовидная железа, сердце и мозг).
«Поскольку каждая из этих тканей представляет отдельный слой раннего эмбриона, мы по сути возвращаемся назад во времени к событиям, которые произошли во время раннего эмбрионального развития», — сказал Уотерланд. «Чтобы отобразить метилирование ДНК, мы преобразовали информацию о метилировании в генетический сигнал, а затем секвенировали геномы. Наш атлас требовал огромного количества данных секвенирования — в 370 раз больше, чем было использовано для первой карты генома человека в 2001 году».
Почти 10000 областей, которые исследователи наметили, называются коррелированными областями системной межиндивидуальной изменчивости (CoRSIV), составляют ранее непризнанный уровень молекулярной индивидуальности у людей.
«Недавние исследования уже показывают, что метилирование в этих регионах связано с целым рядом заболеваний человека, включая ожирение, рак, аутизм, болезнь Альцгеймера и так далее», — сказал доктор Кристиан Коарфа, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии.
Ученые считает, что полученные результаты преобразуют изучение эпигенетики и болезней, поскольку исследователи теперь будут знать, где искать геном.
«Поскольку эпигенетическая маркировка обладает способностью стабильно «молчать» или стабильно активировать гены, любое заболевание, имеющее генетическую основу, может также иметь эпигенетическую основу», — сказал Роберт Уотерланд. «У нас есть невероятный потенциал для понимания процессов болезни с эпигенетической точки зрения. CoRSIVs — это путь к этому».
Chathura J. Gunasekara et al, A genomic atlas of systemic interindividual epigenetic variation in humans, Genome Biology (2019). DOI: 10.1186/s13059-019-1708-1