Участки (локусы) генома, связанные с количественными изменениями в профиле экспрессии генов влияют на «включение» и «выключение» генов. Иногда контролируемые гены расположены довольно далеко от соответствующего ему локуса.
В журнале Nature опубликованы результаты четырех (первое, второе, третье, четвёртое) завершившихся исследований в рамках второй фазы масштабного проекта консорциума GTE (GenotypeTissue Expression). Целью проекта являлось выявление генетических локусов, вариации в которых влияют на характер экспрессии разных генов в разных тканях человека. В нем приняли участие ученые из Стенфорда и их американские, британские, итальянские, чешские и австралийские коллеги. Обзор четырех статей можно увидеть в Nature в разделе Human Genomics News and Views.
В течение последних двадцати лет многие исследования были посвящены молекулярным механизмам, благодаря которым клетки разных тканей и типов способны приобретать специфичность и функционировать. Одной из задач данного проекта было понять, как связаны с этими механизмами генетических вариации в определенных геномных локусах, и как соответствующие данные можно использовать для предсказания индивидуальных характеристик людей, в том числе, их предрасположенности к различным заболеваниям.
Проект начался в 2010 году, а на данной фазе он охватывает 44 типа образцов ткани 449 людей. В его рамках ученые картировали геномные локусы, связанные с количественными изменениями в профиле экспрессии генов (mapping of the eQTL, the expression quantitative trait loci).
В рамках одного из исследований было проанализировано 12,5 миллионов геномных локусов (как в кодирующих, так и в некодирующих последовательностях генома человека), различающихся у разных людей. Выяснилось, что характер экспрессии практически всех генов зависит от генетических вариаций в определенных eQTL, большинство из которых расположено в некодирующей последовательности ДНК, в нескольких тысячах нуклеотидов от начала гена. Такие локусы назвали cis-eQTL. Как правило, cis-eQTL локализованы в областях промоторов, репрессоров или энхансеров. Они влияют на работу одной из двух копий соответствующего гена.
Вторым типом локусов, генетические вариации в которых оказывали влияние на профили генетической экспрессии, оказались локусы, расположенные существенно дальше относительно «контролируемых» генов, иногда даже на других хромосомах. Они получили название trans-eQTL. Генетические вариации в них влияли на экспрессию обеих копий гена. Таких локусов было выявлено значительно меньше, всего несколько сотен.
Выяснилось, что генетические вариации в cis-eQTL влияют на экспрессию гена сразу в нескольких или даже во всех одновременно тканях организма, тогда как вариации в trans-eQTL чаще всего затрагивают лишь одну ткань. Всего trans-eQTL были описаны для 18 типов тканей человека.
Сопоставив полученные данные с данными проектов GWAS (genome-wide association studies), ученые убедились, что многие из eQTL совпадают с позициями мутаций, ассоциированных с определенными заболеваниями. Исследователям удалось, таким образом, найти связь около половины известных болезнетворных мутаций с определенными изменениями в профилях генетической экспрессии. Методика выявления eQTL, полагают они, открывает широкие перспективы с точки зрения дальнейшего изучения влияния болезнетворных мутаций на работу различных генов, метаболических путей и клеток в целом.
Другое исследование в рамках данного проекта было посвящено редким мутациям. Каждый человек обладает несколькими десятками тысяч индивидуальных мутаций в некодирующих областях своего генома, однако эти данные, варьирующие от пациента к пациенту, обычно не используются, например, при составлении клинической картины заболеваний. Ученые выяснили, что редкие мутации могут оказывать значительное влияние на профили генетической экспрессии, и, соответственно, на развитие заболеваний, и создали статистическую модель, позволяющую предсказывать это влияние.
В других двух исследованиях были выявлены локусы, генетические вариации в которых влияют на процессы редактирования РНК и инактивации Х-хромосомы.
Следующими этапом работы консорциума станет более детальный анализ характера влияния конкретных eQTL на экспрессию генов, в котором будет учтен ряд важных факторов. Одним из них является потенциальная корреляция исследуемых генетических вариаций между собой - известно, что многие мутации в геномах наследуются совместно, и не каждая из них сама по себе играет потенциально приписываемую ей роль. Другим важным аспектом выявления eQTL является разнородность клеток внутри тканей - экспрессия генов внутри, например, нейронов и нейроглии может сильно отличаться, и их профили стоит изучать отдельно. Наконец, существенное влияние на характер экспрессии генов оказывают структура хроматина, особенности посадки на ДНК транскрипционных факторов, степень метилирования ДНК и другие локальные факторы, влияние которых также стоит учитывать при поиске eQTL.
Все сырые данные проекта доступны в базе данных dbGaP, а результаты их обработки можно посмотреть на интерактивном вебсайте gtexportal.org.
Источник: N+1
