两种基因组内部工作的比较可以更好地使用小鼠模型

发布日期：2018-12-18 浏览次数：180

马里兰州贝塞斯达， 2014年11月19日，星期三 - 从人类和老鼠的进化时间和基因组景观看，一个国际研究小组发现了为什么老鼠的某些过程和系统 - 如免疫系统的强大线索，新陈代谢和压力反应 - 与人们的不同。基于多年的小鼠和基因调控研究，他们开发了一种资源，可以帮助科学家更好地了解小鼠和人类之间的相似性和差异是如何写入基因组的。

他们的研究结果 - 由小鼠ENCODE Consortium于2014年11月19日在线(以及11月20日出版)在Nature和其他几篇出版物中的四篇论文中报告 - 检查了调控小鼠和人类基因组所涉及的遗传和生化程序。科学家们发现，一般来说，用于控制基因活动的系统在小鼠和人类中有许多相似之处，并且通过进化时间得到保存或持续。

该结果可以提供对基因调控和对哺乳动物生物学重要的其他系统的见解。它们还提供了新的信息，以确定何时小鼠是研究人类生物学和疾病的合适模型，并可能有助于解释其中的一些局限性。

最新的研究结果来自小鼠ENCODE项目，该项目是ENCODE或ENCyclopedia of DNA Elements的一部分，由国家人类基因组研究所(NHGRI)支持，该项目是美国国立卫生研究院的一部分。ENCODE正在构建人类和小鼠基因组中功能元件的综合目录。这些元素包括提供构建蛋白质的指令的基因，非蛋白质编码基因和控制哪些基因被打开或关闭的调节元件，以及何时。

“老鼠长期以来一直是生物研究模型的支柱，”NHGRI主任Eric Green博士说。“这些结果提供了有关小鼠基因组如何工作的丰富信息，以及科学家可以建立的基础，以进一步了解小鼠和人类生物学。小鼠ENCODE数据的收集对研究界来说是一个非常有用的资源。”

“这是小鼠和人类在基因组水平上的第一次系统比较，”Bing Ren博士说，他是该联盟的主要自然研究和加州大学细胞与分子医学教授的联合资深作者，圣地亚哥。“我们已经知道小鼠大多是人类的良好模型。我们发现许多过程和途径从小鼠到人类都是保守的。这使我们能够通过研究反映人类生物学的小鼠生物学方面来研究人类疾病。”

在许多情况下，研究人员发现，与人类疾病相关的一些DNA序列差异似乎在小鼠基因组中具有对应物。他们还表明，两个物种中的某些基因和元素相似，为使用小鼠研究相关人类疾病提供了基础。然而，他们还发现了许多不共享的DNA变异和基因表达模式，可能限制了小鼠作为疾病模型的使用。小鼠和人类共享大约70%的相同蛋白质编码基因序列，这只是这些基因组的1.5%。

例如，研究人员发现，对于小鼠免疫系统，代谢过程和应激反应，一些基因的活性在小鼠和人类之间变化，这与早期的研究相呼应。研究人员随后确定了可能参与调节这些小鼠基因的基因和其他元素，其中一些基因和人类缺乏对应物。“我们将小鼠基因组视为一本书，其中添加了某些部分，并通过进化获取某些部分。这可能是小鼠和人类适应各自环境的结果，”Ren博士说，他也是两者的成员。加州大学圣地亚哥分校摩尔斯癌症中心和圣地亚哥路德维希癌症研究所。

“一般来说，基因调控机制和网络在小鼠和人类中都是保守的，但细节有所不同，”斯坦福大学斯坦福基因组学和个性化医学中心主任，共同资深作者Michael Snyder博士指出。大学，斯坦福，加利福尼亚。“通过了解差异，我们可以了解如何以及何时最好地使用鼠标模型。”

在Nature论文中，研究人员比较了基因转录，染色质修饰和其他控制基因活性的过程，这些过程控制着广泛的小鼠和人体组织和细胞类型。转录是读取基因指令的过程。染色质是蛋白质包装，通过控制DNA的获取来帮助调节基因组功能; 这种包装的变化会影响基因调控。

虽然两个物种都携带一组核心类似程序来调节基因活性，但研究人员发现，特定组织和细胞类型存在差异。

“我们不知道在这些结果出来之前，有大量基因的表达水平在小鼠和人之间存在系统性差异，”宾夕法尼亚州哈克比较基因组学和生物信息学研究所主任罗斯哈迪森博士说。州立大学，大学公园，以及主要自然研究和其他出版物的共同资深作者。“现在我们知道哪些基因在小鼠和人类之间具有保守的表达模式。对于使用这些基因的生物过程，小鼠是人类生物学方面的优秀模型。” Hardison博士指出，情况恰恰相反：研究人员在考虑将小鼠作为人类模型时，需要考虑物种间基因表达模式的系统差异。

两项配套研究进一步说明了小鼠与人之间的差异。联合资深性质作者John Stamatoyannopoulos，MD，基因组科学的副教授，医学在华盛顿，西雅图，和他的同事的大学相比，超过130万点被称为DNA酶1过敏网站(其识别调控DNA)在45小鼠细胞基因组中的位置和组织类型与人类的组织类型。他们在科学报道大约35%的这些元素由小鼠和人共享，并且在不同类型的细胞中活跃。“我们查看共享的调控序列，发现小鼠和人类基因组在调控中具有共同的语言，但是在进化中存在巨大的灵活性。例如，在小鼠肝脏中活跃的元素可能被重新用于活跃在人类的大脑中，“他说。“这种再利用代表了一种极其轻松的转换，大自然可以用来实现监管控制。”

在“美国国家科学院院刊”的一项研究中，Snyder博士及其同事比较了小鼠和人类15种不同组织类型的基因表达。与先前的证据相反，他们发现基因读数的某些方面在同一物种的不同组织之间比在两个物种的相同组织之间更相似。