تحقیق در مورد اولین مرجع پانژنوم انسانی به درک بهتر زیست شناسی کروموزوم کمک می کند

محققان مرکز علوم بهداشت دانشگاه تنسی با کار خود بر روی اولین مرجع پانژنوم انسانی به کشفی اساسی در مورد بیولوژی کروموزوم دست یافته اند.

اخیرا توسط کنسرسیوم مرجع پانژنوم انسانی در مجله منتشر شده است طبیعتپیش‌نویس پانژنوم از مجموعه‌های کامل ژنومی برای ارائه نگاهی متنوع به ترکیب ژنتیکی انسان‌ها استفاده می‌کند. محققان در بخش ژنتیک، ژنومیک و انفورماتیک UTHSC ابزارهای فنی را برای ساخت پانژنوم ایجاد کردند و سپس از این ابزارها برای درک تغییرات در بخش‌هایی از ژنوم که قبلاً قابل مشاهده نبودند استفاده کردند.

هدف پروژه پانژنوم ترسیم کلیت تنوع ژنتیکی انسان برای ایجاد یک مرجع جامع برای ژنتیک دانان است تا از آن برای مقایسه توالی های DNA استفاده کنند که می تواند به مطالعه ارتباط بین ژن ها و بیماری ها کمک کند. پیش نویس مرجع شامل توالی ژنوم 47 نفر است و کنسرسیوم قصد دارد این تعداد را تا اواسط سال 2024 به 350 برساند. این نقطه عطف بیش از 20 سال پس از انتشار اولین پیش نویس ژنوم برجسته رخ می دهد.

اولین نسخه از پروژه مرجع با هدف ایجاد یک نسخه منفرد و کامل بود که نماینده یک ژنوم معمولی است که در تحقیقات زیست پزشکی با تأثیری باورنکردنی در 20 سال گذشته استفاده شده است.

اریک گاریسون، دکترا، UTHSC

به گفته دکتر گاریسون، ارتباط یک ژنوم با مرجع اصلی می تواند باعث سوگیری شود، که از ابتدا قابل درک بود اما از نظر فنی نمی توان به آن پرداخت. او گفت: “تفاوت بین ژنوم های فردی می تواند بسیار قابل توجه باشد. این باعث یک سوگیری مرجع می شود که باعث می شود بیشتر ژنوم های فردی بیشتر از آنچه واقعا هستند شبیه مرجع به نظر برسند.” “هدف پروژه پانژنوم انسانی این است که با داشتن مرجعی که مجموعه ای از ژنوم های زیادی است، از این موضوع عبور کنیم.”

علاوه بر دکتر گاریسون، تیم UTHSC شامل دانشیار Pjotr ​​Prins، PhD. استادیار Vincenza Colonna، PhD. آندره گواراسینو، محقق فوق دکتری، دکترا. دانشجوی دکترا فلاویا ویلانی; دکتر سیلویا بونایوتو، محقق فوق دکتری. و کریستین فیشر، تحلیلگر فناوری اطلاعات.

اکتشاف بیولوژیکی این تیم در مقاله ای جداگانه در این مقاله منتشر شد طبیعت در کنار پیش نویس مرجع پانژنوم. دکتر گواراسینو، دکتر کولونا و دکتر گاریسون به عنوان نویسندگان معرفی شده اند.

این کشف مربوط به نوترکیب پنج کروموزوم آکروسنتریک است که سانترومرها به یک انتها نزدیکتر هستند تا در مرکز. انسان ها دو نسخه از اکثر کروموزوم ها دارند: یکی از مادر و دیگری از پدر. به طور کلی اعتقاد بر این است که نوترکیبی، مبادله مواد ژنتیکی بین کروموزوم‌ها بین جفت‌های کروموزوم معادل اتفاق می‌افتد، اما در یک انحراف قابل‌توجه از این درک متعارف، محققان UTHSC کشف کردند که کروموزوم‌های آکروسانتریک مختلف می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند تا DNA را از طریق بازوهای کوتاه‌تر خود مبادله کنند.

علاوه بر این، تیم نشان داد که چگونه این مشاهدات کلیدی برای حل رایج ترین نوع ناهنجاری کروموزومی در انسان است. بخشی از بازوی کوتاه کروموزوم 14 نسبت به سایر کروموزوم های آکروسنتریک معکوس شده است و ترکیب مجدد با آن می تواند منجر به یک ناهنجاری کروموزومی به نام جابجایی رابرتسونین شود. کروموزوم رابرتسونین ترکیبی از دو کروموزوم آکروسنتریک در جهت سر به سر است. این می‌تواند باعث تعداد غیرطبیعی کپی‌های کروموزوم شود که باعث مشکلات تولید مثلی برای حاملان جابه‌جایی رابرتسونین می‌شود.

دکتر گاریسون گفت: “وجود کپی کروموزوم اضافی باعث مشکلات باروری می شود و به سندرم داون مربوط می شود.” “ما توانستیم در واقع یک توصیف مولکولی از چرایی این اتفاق ارائه دهیم، و یک سوال در مورد علت جابجایی رابرتسونین را که برای 50 سال باز بوده است، حل کنیم. این پیامدهایی برای درمان بالقوه خواهد داشت، و به ناقلین کمک می کند تا علت آن را درک کنند. وضعیت ژنتیکی آنها.”

دکتر Guarracino پیشنهاد می کند که روش های آنها موج جدیدی از تحقیقات سیتوژنتیک مبتنی بر توالی را باز می کند. او گفت: «کار ما به محدودیت‌های مطالعات قبلی می‌پردازد و پایه‌ای قوی برای تحقیقات ژنومی و سیتوژنتیکی آینده ایجاد می‌کند و ما را به حل معماهای پایدار تکامل ژنتیکی انسان نزدیک‌تر می‌کند.»

این همکاری همچنین راه را برای در نظر گرفتن این مناطق در مطالعات زیست پزشکی و تکاملی که قبلاً آنها را نادیده گرفته بودند، هموار می کند. دکتر کولونا گفت: «ما نتوانسته‌ایم تنوع بازوهای کوتاه آکروسنتریک را در مطالعات گذشته در مورد ارتباط ژنومی و تکامل انسان توضیح دهیم. ما نشان می‌دهیم که این مناطق به‌طور ژنتیکی غیرعادی رفتار می‌کنند و رویکردهای جدیدی برای استفاده از اطلاعات موجود در آنها در مطالعات زیست‌پزشکی در سطح جمعیت مورد نیاز است.»

به گفته محققان، پروژه پانژنوم تازه شروع شده است. دکتر پرینس گفت که این مرجع به رشد خود ادامه خواهد داد و افزود که هر چه افراد بیشتری از زمینه های مختلف به آن اضافه شوند، ارزش آن بیشتر می شود. کار این تیم نه تنها در مورد مطالعه انسان ها اعمال می شود، بلکه دکتر پرینس گفت که می تواند به محققان حیوانات کمک کند تا یک پانژنوم برای کمک به مطالعه گونه هایی با تنوع بسیار بیشتر از انسان ها ایجاد کنند.

دکتر پرینس گفت: «مردم برای همیشه نزد ما خواهند آمد، زیرا ما ابزارها را نوشتیم. “اگر پانژنومی متشکل از 100 فرد بسازید، در حال حاضر بسیار دلهره آور است، اما البته در چند سال آینده، ما هزاران نفر را اضافه خواهیم کرد. بنابراین، ما نیاز به بهبود نرم افزاری داریم که می تواند این موارد را مدیریت کند و حتی ممکن است نیاز داشته باشیم. روش های جدید.”

محققان UTHSC این هفته یک کنفرانس و دوره سه روزه را در پردیس UTHSC در ممفیس و به طور مجازی برای به اشتراک گذاشتن تخصص خود برگزار می کنند. از طریق کارگاه عملی، شرکت کنندگان در مورد مفاهیم پانژنوم و کاربردهای متعدد آن یاد می گیرند. در این کنفرانس ارائه هایی از متخصصان برجسته در زمینه تحقیقات پانژنوم ارائه می شود.