По словам члена команды GTEx Эммануила Дермитзакиса, изучающего до 54 видов тканей у сотен недавно умерших людей, проект Genotype-Tissue Expression (GTEx) стоимостью 150 миллионов долларов призван создать «универсальный магазин для генетики регуляции генов». , генетик Женевского университета. На этой неделе в нескольких статьях, опубликованных в журналах Science , Science Advances , Cell и других, исследователи GTEx представили окончательный большой анализ этих бесплатных загружаемых данных, а также инструменты для дальнейшего использования данных.
«Этот ресурс бесценен» для всех, кто интересуется конкретными заболеваниями или изучает ткани или типы клеток, – говорит Ян Корбель, генетик человека из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL), Гейдельберг. «Это общественная сокровищница, – говорит Джун Ли, генетик из Мичиганского университета в Анн-Арборе.
Но сложный основной анализ показывает, насколько запутанными могут быть взаимосвязи между генами и их регуляторной ДНК. Статьи «написаны бюрократическим шрифтом», и объявленные результаты трудно расшифровать, говорит Дэн Граур, биолог-эволюционист из Хьюстонского университета и известный критик большой науки. И, как и другие критики, он отмечает, что проекту с 85% белых доноров катастрофически не хватает разнообразия и, следовательно, не будет генетической изменчивости в других группах.
GTEx пока не может выявить последовательности, ответственные за такие заболевания, как сердечные заболевания и почечная недостаточность, или проследить, как слои регуляции генов работают вместе. «Мы не должны паковать чемоданы и говорить, что проблема экспрессии генов решена», – говорит специалист по геномике Эван Бирни, заместитель генерального директора EMBL, возглавлявший еще один крупный проект в области геномики под названием ENCODE.
После того, как GTEx был запущен в 2010 году, семьи из более чем 900 умерших субъектов, которые уже пообещали свои органы или ткани для трансплантации, согласились, что исследователи также могут брать образцы здоровых тканей своих близких, например мозга, мышц, жира, поджелудочной железы и сердца. . Наличие нескольких тканей одного и того же объекта дало исследователям уверенность в том, что различия в экспрессии генов, скажем, между мышцами и поджелудочной железой, были реальными и значимыми. «Впервые у нас есть этот однородный набор, чтобы мы могли выявить биологические различия между тканями», – говорит член GTEx Барбара Стрейнджер, генетик из Северо-Западного университета.
Исследователи описали каждый образец, затем сфотографировали и заморозили все ткани для будущего анализа. Они расшифровали геномы и количественно оценили РНК для измерения активности генов. Помимо сравнения тканей у одного человека, они также могли сравнивать одни и те же ткани у разных людей. Они смогли связать вариации в ДНК с уровнями экспрессии генов, используя статистический анализ, чтобы найти коррелированные модели изменений. Ядром базы данных GTEx является сборник сложных взаимосвязей между участками регуляторной ДНК, называемыми локусами количественных признаков экспрессии, или eQTL, и генами, которые они регулируют.
Пилотная фаза, завершенная в 2015 году, позволила детально изучить девять тканей и продемонстрировать, что образцы трупов являются разумным заменителем живых тканей , говорит со-руководитель GTEx Туули Лаппалайнен, генетик человека из Нью-Йоркского центра генома. Теперь, после анализа почти 20 000 образцов, GTEx «достиг такого размера, когда мы можем получить гораздо более ясное и ясное представление», – говорит соруководитель Кристин Ардли, генетик из Института Броуда. Она и ее коллеги обнаружили, что почти каждый человеческий ген регулируется как минимум одним eQTL, многие из которых нацелены на несколько генов и предположительно влияют на несколько признаков.
Stranger обнаружил еще один ключевой результат: почти каждая ткань, включая, например, кожу и сердце, показала различия в экспрессии генов между мужчинами и женщинами. «Подавляющее большинство биологических особенностей разделяют мужчины и женщины», – говорит Стрейнджер, но различия в выражениях могут помочь объяснить, почему у мужчин и женщин разные паттерны болезней или реакции на лекарства. «Я считаю это важным открытием», – говорит Корбель.
Точно так же соруководитель Broad Франсуа Аге и его коллеги подтвердили, что определенные eQTL распространяют свое действие на далекие гены, даже на те, что находятся на других хромосомах. GTEx зарегистрировал 143 таких «транс» элемента, некоторые из которых влияют на несколько генов в геноме.
Келли Фрейзер из Калифорнийского университета в Сан-Диего уже использует эти данные, чтобы помочь разобраться в так называемых исследованиях общегеномных ассоциаций (GWAS), которые содержат большие загадки. В GWAS массивные консорциумы изучают геномы тысяч пациентов с определенным заболеванием или особенностью и отмечают сотни тонких генетических изменений, часто не связанных с самими генами. Но исследователи часто не понимают, кто из многих подозреваемых вызывает заболевание или формирует черту.
Например, исследования GWAS выявили более 500 генетических вариаций, которые, по-видимому, влияют на сердечный ритм и электрическую проводимость. Фрейзер хотел знать, как специфический для сердца фактор транскрипции под названием NKX2-5 влияет на эти черты. Ее команда определила тысячи вариаций ДНК, которые могут повлиять на активность NKX2-5 и, возможно, изменить сердечный ритм.
Паола Бенальо в лаборатории Фрейзера проанализировала и сравнила эти вариации ДНК, данные GWAS и данные GTEx, чтобы определить, какие вариации ДНК на самом деле регулируют активность NKX2-5. Она смогла сначала сузить число кандидатов eQTL до 55, затем до девяти и, наконец, используя данные GWAS о сердечном ритме и другие инструменты, она сосредоточилась на единственной переменной основе на хромосоме 1. Затем она заблокировала эту основу ДНК с помощью генома. редактор CRISPR и подтвердил, что он изменяет связывание NKX2-5, Бенальо, Фрэзер и их коллеги сообщили в прошлом году в Nature Genetics .
«Я уверен, что есть сотни таких людей, как я», которым нравится база данных, – говорит Фрейзер. Статистика подтверждает ее. Ежемесячно портал GTEx посещают 16 000 человек, а другие изучают данные на других сайтах. В 2018 году его цитировали 900 статей. Бирни понимает этот энтузиазм, но предупреждает, что могут возникнуть ложные корреляции между eQLT и генами. Обращение к вызывающему заболевание варианту через GTEx «не пустяк».
Граур, со своей стороны, по-прежнему скептически относится к тому, что активность генов в трупах адекватно отражает то, что происходит в живых, несмотря на данные команды о сохранении экспрессии генов. «Это похоже на изучение поведения при спаривании на дороге», – говорит он.
По мере того, как проект сворачивается, Национальный институт здоровья США планирует разработку GTEx, в которой будут участвовать люди в возрасте до 20 лет для создания атласа экспрессии генов от рождения до взрослого возраста. В таких последующих усилиях более разнообразный набор доноров тканей «был бы очень ценным», – говорит Корбел. GTEx изначально стремился к этой цели, но не смог, потому что доноры тканей и органов непропорционально белые. Исследователи должны «общаться более эффективно», – говорит Лаура Симинофф, социолог из Университета Темпл, которая на раннем этапе получила финансирование для изучения этики GTEx. «В противном случае мы будем заниматься этой наукой для белых».
Полученные на данный момент результаты не могут полностью рассказать о том, как геном порождает бесчисленные ткани и болезни человека. Тем не менее, по прогнозам Бирни, «GTEx будет использоваться и использоваться повторно снова и снова, и будут некоторые применения, которые я не могу предсказать».
Регулирующая вселенная расширяется
Доноры, ткани и образцы экспрессии генотипа-ткани (GTEx) росли с каждым этапом публикации. Соответственно выросли и результаты проекта, такие как количество генов, связанных с конкретными регуляторными последовательностями.
Источник: КОНСОРЦИУМ GTEX
Фото: КОНСОРЦИУМ GTEX