Nat Commun：揭示机体基因组控制早期人类发育的分子机理

2020年8月14日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一篇刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中，来自曼彻斯特大学等机构的科学家们通过研究揭示了基因组控制对生命非常重要的多个机体器官发育的分子机制；相关研究结果或能帮助解释为何有些儿童生来就患有先天性心膜缺损等疾病。

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虽然机体中大约有3万个基因拥有能制造每个细胞中每一种蛋白质的代码，但令人惊讶的是，这些基因仅占到了人类机体DNA中2%的比例，所有的DNA都是由称之为碱基对的化学单元组成，此前研究人员认为DNA的其余部分（非编码区域）是“垃圾”DNA；随后研究人员意识到所谓的非编码区域（98%的基因组）的广泛基因组蓝图实际上拥有能按照完美方式控制基因表达或关闭的秘密。

这或许就能够解释基因组如何创造出机体中每一个不同的组织，但问题是，直到现在，研究人员并不清楚人类器官第一次组装是如何发生的；如今越来越多的个体出生时后患有心脏、肾脏、大脑和四肢的先天性疾病，但这些患者机体中的某个基因并未发生明显的缺陷，研究人员能利用新一代的测序技术快速且有效地读取患者机体的基因组信息。然而，为了解决一个问题就对30亿个碱基的基因组进行搜索是一项非常艰巨的任务，这就好比大海捞针一样，而利用新一代测序技术，研究人员就能够锁定非编码区域中有功能的部分，同时研究者发现这些功能性区域占到了全基因组大约3%的比例。

通过缩小关键区域的范围，研究人员或许就有望对患者的疾病进行诊断，研究者指出，本文研究结果还能帮助我们理解胎儿器官发生的基本原理和规则，器官发生，即是女性怀孕第5-8周最关键的一个时期，在这一时期机体的组织首先会通过最基本的祖细胞进行组装。在这一点上，确保每个不同位置只有正确的基因被开启就显得尤为重要了，如今我们知道了每个器官中基因调控的精准模式，随后研究人员利用发育中的斑马鱼和实验室的干细胞进行研究再次证实了他们的研究结果，他们发现，人类基因组中关键的非编码区域能适当点亮绿色荧光蛋白，即便在鱼类中也是如此。

研究者Neil Hanley教授说道，深入揭示人类基因组的奥秘或能帮助科学家们阐明此前解决不了的基因改变，这货能帮助阐明患者或是其父母机体所出现的问题，而随着时间推移，研究人员或许就有希望来解决或避免这种疾病的重复或发生。本文研究的关键在于，研究者揭示了特定的关键基因如何在合适的时间和位置被开启表达，以及错误的基因如何给精准地关闭，本文研究结果或有望帮助科学家们开发出治疗人类多种先天性疾病的疗法或预防性措施。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Gerrard, D.T., Berry, A.A., Jennings, R.E. et al. Dynamic changes in the epigenomic landscape regulate human organogenesis and link to developmental disorders. Nat Commun 11, 3920 (2020). doi：10.1038/s41467-020-17305-2