В то время как геномика – это изучение всех генов в клетке или организме, эпигеномика – это изучение всех геномных дополнений и изменений, которые влияют на экспрессию генов, но не кодируются в последовательности ДНК. Разнообразная новая эпигеномная информация теперь доступна в сборнике исследований, опубликованном в феврале. 19 in Nature по программе эпигеномики дорожной карты Национального института здоровья (NIH). Эта информация обеспечивает ценную основу для будущих исследований роли эпигенома в развитии человека и болезнях.
Два из этих исследований, проведенных исследователями из Калифорнийского университета, Медицинской школы Сан-Диего и Ludwig Cancer Research, посвящены различиям между парами хромосом (одна унаследована от мамы, другая – от отца) и тому, как складывание хромосом влияет на экспрессию генов.
"Оба этих исследования содержат важные соображения для клиницистов и исследователей, которые разрабатывают персонализированные лекарства на основе геномной информации пациента," сказал Бинг Рен, доктор философии, профессор клеточной и молекулярной медицины в Калифорнийском университете в Сан-Диего, член Ludwig Cancer Research и старший автор обоих исследований.
В первой статье группы Рена рассматриваются различия в наших парах хромосом. Каждый из нас наследует один набор от матери, а другой – от отца. Часто считается, что пары хромосом идентичны, одна является резервной копией другой. Но это исследование обнаружило широко распространенные различия в том, как гены регулируются (включаются и выключаются) между двумя хромосомами в паре. Оказывается, у всех нас есть "предубеждения" в наших хромосомах. Другими словами, разные черты характера имеют больший вклад от одного родителя, чем от другого. Исследование также предполагает, что эти смещения коренятся в унаследованных вариациях последовательностей и что они не распределяются случайным образом. Эти данные помогают объяснить, почему, например, у всех детей в семье могут быть волосы отца, но глаза матери.
Вторая статья группы Рена посвящена тому, как устроен геном и как он изменяется по мере дифференциации (специализации) стволовых клеток. Нити ДНК в каждой клетке плотно скручены и сложены в хромосомы. Тем не менее, хромосомные структуры и то, как они влияют на экспрессию генов, до конца не изучены. В этом исследовании Рен и его команда картировали хромосомные структуры стволовых клеток и несколько различных типов дифференцированных клеток, полученных из стволовых клеток. Во-первых, они вызвали дифференцировку стволовых клеток. Затем они использовали молекулярные инструменты, чтобы изучить, как изменилась структура хромосом клеток и как это изменение связано с активностью генов. Команда обнаружила, что хромосомы разделены на относительно стабильные структурные единицы, известные как топологически ассоциированные домены (TAD), и что границы TAD остаются постоянными в разных типах клеток. Более того, исследователи обнаружили, что изменения в архитектуре хромосом в основном происходят внутри TAD и коррелируют с изменениями в эпигеноме.
"Эпигеном – химические модификации хромосом и трехмерной хромосомной структуры – это не просто линейный объект," Рен сказал. "Эпигеном – это трехмерный объект, сложенный иерархически, и это должно влиять на то, как мы думаем о многих аспектах человеческого развития, здоровья и болезней."