研究人员为人类基因组产生了单细胞染色质地图。在不同人类组织类型的细胞中描绘染色质区域将是理解基因调节因素（非编码DNA）在人体健康或疾病中的作用的重要步骤。
加州大学圣地亚哥分校的研究人员制作了人类基因组的单细胞染色质图谱。染色质是在真核细胞中发现的DNA和蛋白质的复合体;染色质的关键基因调控元件的区域出现在某些细胞核内的开放结构。精确描述不同人类组织类型细胞中这些可访问的染色质区域将是理解基因调控元件(非编码DNA)在人类健康或疾病中的作用的重要一步。
这些发现发表在2021年11月12日的《细胞》杂志上。
对于科学家们来说，被称为“生命之书”的人类基因组大部分都是不成文的。或者至少没读过。虽然科学界给出了一个著名的(近似)数字，即构建一个人所需的所有蛋白质编码基因，大约有2万个以上，但这个估计并不能真正开始解释构建过程到底是如何工作的，或者，在疾病的情况下，它可能会出错。
“20年前人类基因组测序,但生命的理解这本书的意义仍然是具有挑战性的,“Bing任说,博士,中心主任表观基因组学,细胞和分子医学教授和加州大学圣地亚哥分校医学院的一员在加州大学圣地亚哥分校路德维希癌症研究所。
“一个主要原因是，大部分人类DNA序列，超过98%，是非蛋白质编码，我们还没有一本遗传密码书，以解锁嵌入这些序列的信息。”
换句话说，这有点像知道了章节的标题，但剩下的页面仍然空白。
填空的努力正在广泛地捕获在一个正在进行的国际努力叫做DNA序列元素的百科全书(编码),包括任和同事的工作。特别是，他们已经研究了染色质的作用和功能，染色质是在真核细胞的核内形成染色体的DNA和蛋白质的复合物。
DNA携带着细胞的遗传指令。染色质中的主要蛋白质称为组蛋白，帮助DNA以紧凑的形式紧紧包裹在细胞核内。(每个细胞核里大约有6英尺长的DNA，每个人体内大约有100亿英里的DNA。)染色质捆绑DNA的方式的改变与DNA复制和基因表达有关。
使用小鼠后,任和合作者将注意力转向染色质在人类基因组的单细胞地图集。
他们对从多个捐赠者的30种成人组织类型中采集的60多万个人类细胞进行了分析，然后将这些信息与15种胎儿组织类型的类似数据进行了整合，揭示了222种不同细胞类型中大约120万个顺式调控元件的染色质状态。
“最初的挑战之一是为如此多样化的样本类型确定最佳的实验条件，特别是考虑到每个组织的独特组成和对均质的敏感性，”该研究的合著者、加州大学圣地亚哥表观基因组学中心单细胞基因组学副主任Sebastian Preissl博士说，该中心是开展该分析的合作研究中心。
顺式调控元件是非编码DNA的区域，调控相邻基因的转录(将DNA片段复制到RNA中)。转录是将遗传信息转化为行动的重要过程。
“过去十年的研究已经证实，非编码DNA的序列变异是人类多基因特征和疾病(如糖尿病、阿尔茨海默病和自身免疫性疾病)的关键驱动因素，”加州大学圣地亚哥医学院儿科助理教授Kyle J. Gaulton博士说。
“一种有助于解释这些非编码变异如何导致疾病的新范式假设，这些序列改变破坏转录调节元件的功能，并导致疾病相关细胞类型(如神经元、免疫细胞或上皮细胞)的基因表达失调，”共同第一作者、细胞与分子医学系博士后张凯博士说。“然而，解锁非编码风险变异功能的一个主要障碍是缺乏人类基因组中转录调控元件的细胞类型特异性图谱。”
任教授说，新发现为240种多基因性状和疾病确定了与疾病特征相关的细胞类型，并注解了非编码变异的风险。
“我们相信，在未来许多年里，这一资源将极大地促进对广泛的人类疾病机制的研究。”
Preissl说，染色质图谱还将允许科学界揭示存在于多种组织中的细胞类型的组织环境特异性差异，如成纤维细胞、免疫细胞或内皮细胞。
Kai Zhang, James D. Hocker, Michael Miller, Xiaomeng Hou, Joshua Chiou, Olivier B. Poirion, Yunjiang Qiu, Yang E. Li, Kyle J. Gaulton, Allen Wang, Sebastian Preissl, Bing Ren. A single-cell atlas of chromatin accessibility in the human genome. Cell, 2021; DOI: 10.1016/j.cell.2021.10.024
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