Menschen, Fliegen, Würmern Forscher …

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Menschen, Fliegen, Würmer: Forscher arbeiten Genexpression in Organismen zu verstehen,

Fruchtfliegen und Fadenwürmer sind seit langem als Modellorganismen verwendet worden, um mehr über die menschliche Biologie und Krankheiten zu lernen. Nun, Forscher an der Stanford University School of Medicine haben herausgefunden, dass, obwohl viele Aspekte der regulatorischen Netzwerke unter den drei entfernt verwandten Organismen konserviert sind, andere Differenzen über evolutionäre Zeit entstanden sind.

Diese Unterschiede können erklären, warum zum Beispiel Würmer schlittern, Fliegen fliegen und Menschen zu Fuß auf zwei Beinen, obwohl sie alle die gleichen grundlegenden genetischen Bausteine ​​verwenden.

«Wir versuchen, die grundlegenden Prinzipien zu verstehen, die regeln, wie Gene an- und ausgeschaltet sind», sagte Michael Snyder. PhD, Professor und Vorsitzender der Genetik an der Stanford. «Der Wurm und die Fliege sind seit Jahrzehnten die führende Modellorganismen in der Biologie gewesen und haben den Grundstein für einen Großteil zur Verfügung gestellt, was wir über die Biologie des Menschen gelernt haben. Wenn wir lernen können, wie die Regeln der Genexpression im Laufe der Zeit entwickelt haben, können wir dieses Wissen anwenden besser die menschliche Biologie und Krankheiten zu verstehen. «

Die Forschung wurde im Rahmen einer multi-institutionellen gemeinsamen Anstrengungen durchgeführt, mehr darüber zu verstehen, wie Organismen steuern die Expression ihrer Gene Neuronen, Muskeln, Haut, Blut und alle anderen Arten von Zellen und Geweben, die für komplexe Leben zu erzeugen — all an der genau richtigen Zeitpunkt und Ort im Körper.

Wir versuchen, die grundlegenden Prinzipien zu verstehen, die regeln, wie Gene aktiviert sind und aus.

Die Forschung ist eine Erweiterung des ENCODE. oder Encyclopedia of DNA Elements, Projekt, das im Jahr 2003 im Rahmen des großen Verbundprojekt initiiert wurde, die von der National Human Genome Research Institute gesponsert wurde, veröffentlichte die Forscher mehr als 4 Millionen regulatorische Elemente innerhalb des menschlichen Genoms im Jahr 2012 gefunden bekannt als Bindungsstellen dienen diese DNA-Bereiche als Landepads für Proteine ​​und andere regulatorische Faktoren bekannt Moleküle, die, wenn und steuern, wie werden Gene verwendet, um Proteine ​​zu machen.

Die neue Anstrengung, als modENCODE bekannt ist, bringt eine ähnliche Analyse auf wichtige Modellorganismen wie der Fliege und der Schnecke. Snyder ist der leitende Autor von zwei von fünf Papiere veröffentlicht am 28. August in Natur einige Aspekte des modENCODE Projekt beschreiben, die zur Veröffentlichung geführt hat, oder bevorstehende Veröffentlichung von mehr als 20 Papiere in einer Vielzahl von Zeitschriften.

Postdoc Carlos Araya. PhD, ist der Hauptautor eines der Stanford Papiere, die die Bindungsstellen und zelluläre Expressionsmuster von 92 regulatorischen Faktoren im Labor Spulwurm abgebildet C. elegans. Postdoc Alan Boyle, PhD, Aktien führen die Urheber mit Araya auf dem zweiten Papier, das die neu generierten Spulwurm Daten mit Mensch und Fruchtfliege regulatorischen Faktoren vergleicht Regionen der Ähnlichkeit und Unterschied zwischen den Organismen zu identifizieren. Wissenschaftlicher Mitarbeiter Trupti Kawli, PhD, koordiniert die Forschung im Labor Snyder und ist ein Co-Autor der beiden Papiere.

Von Fliegen, Würmern und Menschen

Die Forscher verglichen diese Informationen zwischen der Fliege und der Wurm in mehreren Stadien der Entwicklung, welche Proteine ​​und DNA-Regionen zu lernen, sind die wichtigsten in jeder Phase. Sie auch identifiziert werden, die einzelnen Zellen innerhalb der Wurm wurden zu erzeugen und verwenden, die regulatorischen Faktoren in jeder Phase.

«Zum ersten Mal sind wir jetzt in der Lage, im Detail zu folgen, wo und wann bestimmte Regionen im Genom verwendet werden, die Genexpression zu regulieren, und wir können die Zellen abbilden, in dem sie mit einer noch nie da gewesenen Grad an Genauigkeit arbeiten», sagte Snyder , der auch der Stanford W. Ascherman, MD, FACS, Professor in der Genetik.

Viele der regulatorischen Netzwerke oder «Regeln», die von den Forschern identifiziert werden unter den drei Organismen geteilt. Zum Beispiel, die meisten Gene in allen drei Organismen haben, was als HOT sind bekannt — Hochbelegung Ziel — Spots in der Nähe von DNA. Diese Hot-Spots enthalten Cluster von regulatorischen Regionen wichtig für die Kontrolle der Genexpression. die Identitäten der regulativen Elemente an die Stellen gebunden unterschied sich jedoch nach dem Entwicklungsstadium des Organismus, Zelltyp und der dreidimensionalen Struktur der DNA an dieser Stelle.

Die genauen Protein Spieler und DNA-Sequenzen beteiligt an der Bindung an oder wie die Hot Spots dienen auch oft unter den menschlichen unterschied, fliegen und Wurm — vielleicht unterschiedliche evolutionäre Druck widerspiegelt. Diese Unterschiede sind wahrscheinlich Grund, warum Fliegen, Würmern und Menschen so verschieden sind in Form, Größe und das Verhalten zum Beispiel.

Betankungs zukünftige Forschung

Die Fülle von Daten aus dem modENCODE Projekt wird Forschungsprojekte seit Jahrzehnten Kraftstoff zu kommen, nach Snyder.

«Wir haben jetzt eine der umfassendsten Bilder jemals der regulatorischen Regionen und Faktoren in mehreren Genome erzeugt», sagte Snyder. «Dieses Wissen wird den Forschern auf dem Gebiet von unschätzbarem Wert sein.»

Weitere Stanford Autoren sind Postdoktoranden Dan Xie. PhD, und Yong Cheng. PhD; Forschungsassistenten Lixia Jiang und Peking Wu; ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter Cathleen Brdlik, PhD; Software-Entwickler Philip Cayting; und Assistant Professor für Genetik und der Informatik Anshul Kundaje. PhD.

Die Studie wurde von der National Human Genome Research Institute (Zuschüsse U01HG004264, RC2HG005679, P50GM081892, U54HG006996, U54HG004558, U01HG004267 und F32GM101778) unterstützt.

Informationen über Stanford Institut für Genetik, die auch die Arbeit unterstützt wird, ist bei http://genetics.stanford.edu zur Verfügung.

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