科学家为人类表观基因组创造了一个新的路线图

人类基因组序列是固定的，这意味着身体每个细胞中的基因组应该具有相同的DNA代码。那么，什么使眼睛细胞与肝细胞不同?

不同之处在于如何调节和表达基因组的各个基因 - 实质上是如何以及何时将它们“开启”和“关闭”。这就决定了每个细胞之间的差异。这些变化在很大程度上受表观遗传学控制

表观遗传学描述了可以传递给未来细胞的基因组修饰。这些变化不会改变DNA的核苷酸序列 - 构成我们基因的As，Gs，Ts和Cs。相反，它们修饰了支持DNA序列的“骨架”。这些修饰会影响基因活跃的时间和频率。例如，某些胰腺细胞需要编码胰岛素的基因易于获得(细胞转录成胰岛素蛋白)。但毛囊细胞不需要胰岛素就可以使用。以这种方式，人体的每种不同细胞和组织类型具有不同的表观基因组。

该映射表观基因组开始与百科全书的DNA元素(ENCODE)中，2003年该项目旨在发现和研究所有表观元素，它们是连接到骨干网和控制我们的基因功能的实际化学品推出的项目。不幸的是，其临床应用受到限制，因为其大部分结果涵盖少数细胞类型。2月基因组月度进展是关于路线图表观基因组学项目如何通过编目人体中许多不同细胞类型的表观基因组来填补这一空白。通过这种方式，该项目希望增加我们对表观基因组如何促进健康和疾病的理解。

路线图Epigenomics Consortium于2015年2月19日在Nature杂志上发布了第一组结果。该小组分析了来自各种成人细胞类型的表观基因组，如脑与肾，以及细胞亚型，如来自大脑不同区域的细胞。该小组分析了来自健康个体以及患有癌症，神经退行性疾病和自身免疫疾病的患者的这些细胞。他们还描述了干细胞的表观基因组，并在最终分析中包含了现有ENCODE项目的数据。结果是来自127种不同类型的组织和细胞的参考表观基因组。所有数据，包括用于获取数据的标准和协议，都是免费向公众开放的，可以在网上找到。

研究小组发表了五篇论文，重点介绍了表观基因组学及其在发育和疾病中的重要性的新见解。在一篇论文中，由哈佛大学博士后研究员，麻省理工学院和哈佛大学博士研究生助理Michael Ziller领导的团队模拟了神经细胞如何在细胞培养中从干细胞中生长 - 细胞具有成熟的能力。任何细胞类型。由Alexander Tsankov(也来自Broad)领导的另一个小组定义了表观基因组特征，这些特征导致胚胎发育过程中干细胞内细胞谱系的第一次主要分裂(外胚层，内胚层和中胚层 - 将继续形成神经的细胞)系统，器官和肌肉)。这些见解将允许研究人员定义表观基因组如何提供“配方”

该项目的其他科学家小组研究了表观基因组可能如何影响特定疾病。Kyle Farh(也来自Broad)及其同事研究了As，Gs，Ts和Cs中DNA变化的遗传变异 - 与表观遗传化学物质相互作用以及这些变化如何与自身免疫性疾病相关联。由Paz Polak领导的团队(再次来自Broad)研究了癌细胞中的表观基因组变化。他们发现，他们可以基于癌症最可能起源的细胞类型的表观基因组来预测特定癌症的突变种类。这意味着癌症祖先细胞的表观基因组对肿瘤中的哪些基因随时间变异具有很大影响。重要的是，当研究人员评估癌细胞系，实验室培养的标准化培养细胞时，这些预测并不成立，通常被研究作为癌症的模型。这意味着表观基因组在癌症中具有重要意义，可能不适用于在实验室适应的癌细胞系中进行研究。

最后，麻省理工学院的Elizabeta Gjoneska及其同事研究了小鼠阿尔茨海默病的模型，以绘制神经退行性过程中大脑的表观遗传变化。他们发现小鼠脑中改变的表观基因组与已故阿尔茨海默病患者的样本相似。这种改变的表观遗传模式在未患阿尔茨海默病的成人组织中未见。因此，这种见解可能会引导科学家们开发新的药物发现目标，以对抗阿尔茨海默氏症和其他神经退行性疾病。

即使对表观基因组有了这种广泛的新认识，仍有许多问题需要回答。例如，表观基因组如何随着细胞和人类年龄的变化而变化?我们能否利用这些数据更好地预测人群中的癌症风险?此外，虽然127种不同类型的细胞是了解表观基因组景观的良好开端，但人体由数千种不同类型的细胞组成。许多这些细胞仍在被发现，并且每个细胞在体内都具有特殊功能。

就像14年前首次在Nature发表的最终人类基因组计划序列一样，路线图表观基因组学项目可能会产生一些问题而不是答案。然而，凭借这些新信息，研究人员将能够研究有关人类发育，健康和疾病的基因组起源的更多具体细节。