Nature等18篇論文改寫我們對基因組的理解

                                                              Nature：首個人類基因表達全圖譜問世

FANTOM 計劃全稱為“哺乳動物基因組功能注釋”（Functional Annotation of the Mammalian genome），是由日本理化學研究所（RIKEN，理研）在 2000 年啟動的大型多國協(xié)作計劃，其目標利用*********的 cDNA 技術(shù)，建立完整的人類基因文庫。

現(xiàn)在，該計劃發(fā)布了首個人類基因活動的全圖譜，首次從全局的角度揭示了人體內(nèi)不同細胞中，調(diào)控基因表達的復雜網(wǎng)絡。這一發(fā)現(xiàn)將有助于鑒定與疾病相關(guān)的基因，并為個性化醫(yī)療和再生醫(yī)療的發(fā)展提供幫助。這些研究改變了我們對人類基因組的理解，人類基因組中包含有許多遺傳指令，用以構(gòu)建和維持人體內(nèi)多種不同的細胞類型。所有的細胞都含有相同的DNA指令，但基因在不同的細胞和不同的時間里被開啟和關(guān)閉的情況不同。

相關(guān)研究論文（總共 18 篇）分別發(fā)表在《自然》雜志（ 2篇）和其它 10 本學術(shù)期刊（16 篇）上。其中《自然》雜志上發(fā)表的具有里程碑意義的兩篇論文展示了人類基因組中啟動子和增強子（DNA 上兩種可以調(diào)控基因活性的短片段）圖譜，以及二者在不同細胞和組織中的活性。

第一篇論文利用 FANTOM 5 項目組的組織和原代細胞樣本來定義整個人體中活性的、在活體中雙向轉(zhuǎn)錄的增強子的一個圖集。這些作者發(fā)現(xiàn)雙向封蓋的 RNA 是活性增強子的一個特征，同時他們還從超過800個人類細胞和組織樣本中識別出 40, 000 多個增強子候選物。該增強子圖集被用來比較不同細胞類型之間的調(diào)控程序和識別與疾病相關(guān)的調(diào)控性SNP，并且還將成為關(guān)于細胞類型特定性增強子的研究工作的一個資源。

在第二篇論文中，單分子測序被用來標繪人類和小鼠的轉(zhuǎn)錄起始點及它們在一組截然不同的、用于生成迄今最全面哺乳動物基因表達圖集的人類和小鼠原代細胞、細胞系和組織中的應用。這些數(shù)據(jù)為了解涉及不同細胞類型的“開放讀框”和啟動子提供了大量信息，也為哺乳動物細胞類型特定性轉(zhuǎn)錄組提供了有價值的注解。

                                                                      FANTOM 計劃重要論文回顧

此次的 FANTOM 5 計劃（ FANTOM 計劃的第五階段）旨在揭示人類基因組如何編碼組成人體的不同細胞。共有來自全球 20 個國家和地區(qū)、分屬于 114 個科研機構(gòu)的超過 250 名生物細胞學和生物信息學領(lǐng)域的專家參與。利用 RIKEN 研發(fā)的具有極高靈敏度的基因表達加帽分析（Cap Analysis of Gene Expression CAGE ）技術(shù)，研究人員檢測了 180 種人體主要細胞中，啟動子和增強子的活性。他們總共鑒定出了 18 萬個啟動子和 4.4 萬個增強子，并發(fā)現(xiàn)它們中的大部分具有高度細胞類型特異性。

FANTOM 5 計劃的協(xié)調(diào)人 Alistair Forrest 博士解釋道：“人類是一個高度復雜的多細胞有機體，包含了至少 400 種不同的細胞類型。這種美麗的細胞類型多樣性賦予了我們看、聽、思考、運動和抵御感染的能力，而這一切都源自一個相同的基因組。細胞之所以有不同類型，原因是基因的差異化表達。在 FANTOM 5 計劃中，我們第一次系統(tǒng)地研究了基因組中的調(diào)控序列，以及人體不同細胞中基因是如何表達的?！?br />

不同于其他的大規(guī)?；蚪M計劃， FANTOM 5 專注于鑒定人類正常初代細胞而不是癌細胞系中的基因表達。對此 Forrest 表示：“在 FANTOM 5 計劃實施初期，我們就確定了要把研究重心放在正常初代細胞和組織上。盡管在細胞系上進行操作要容易得多，但是它們畢竟和正常細胞差距較大。”

通過可以檢測到活躍基因 CAGE 技術(shù)，研究取得了一個突破性的發(fā)現(xiàn)：研究團隊鑒定出了在不同細胞中普遍存在的可以調(diào)控基因活性的DNA片段，這就是增強子。增強子計劃的協(xié)調(diào)人 Albin Sandelin 教授認為：“和其他方法相比， CAGE 技術(shù)具有更高的特異性，并且可以用于小量的細胞樣品。 CAGE 的這些特點具有很大潛力，因為它為分析病人組織樣品并在分子水平上確定病因提供了可能?！?/p>

                                                                 FANTOM 計劃成員合影

FANTOM 計劃總干事山崎良英（Yoshihide Hayashizaki）博士表示：“我們計劃的終極目標就是要回答這個問題——基因組里寫著什么？ FANTOM 5 計劃中建立的在細胞精度上的基因文庫對于操縱細胞具有重要意義。這個文庫是生物科學領(lǐng)域眾多相關(guān)技術(shù)發(fā)展的重要資源。”他還補充道：“組學是一門對組成有機體的分子進行研究和繪制系統(tǒng)圖譜的學科，正在不斷涌現(xiàn)出意義深遠的新發(fā)現(xiàn)。然而生命本身還有很多謎團。我們還需要繼續(xù)鉆研細胞類型多樣性背后隱藏的基本分子機制，這樣才能更深入地理解生命科學，繼而帶動醫(yī)學的進步?！?br />

原文檢索：

Robin Andersson, Claudia Gebhard, Irene Miguel-Escalada, Ilka Hoof, Jette Bornholdt, Mette Boyd, Yun Chen, Xiaobei Zhao, Christian Schmidl, Takahiro Suzuki, Evgenia Ntini, Erik Arner, Eivind Valen, Kang Li, Lucia Schwarzfischer, Dagmar Glatz, Johanna Raithel, Berit Lilje, Nicolas Rapin, Frederik Otzen Bagger, Mette J?rgensen, Peter Refsing Andersen, Nicolas Bertin, Owen Rackham, A. Maxwell Burroughs, J. Kenneth Baillie, Yuri Ishizu, Yuri Shimizu, Erina Furuhata, Shiori Maeda, Yutaka Negishi, Christopher J. Mungall, Terrence F. Meehan, Timo Lassmann, Masayoshi Itoh, Hideya Kawaji, Naoto Kondo, Jun Kawai, Andreas Lennartsson, Carsten O. Daub, Peter Heutink, David A. Hume, Torben Heick Jensen, Harukazu Suzuki, Yoshihide Hayashizaki, Ferenc Müller, The FANTOM Consortium, Alistair R. R. Forrest, Piero Carninci, Michael Rehli& Albin Sandelin. An atlas of active enhancers across human cell types and tissues. Nature, 26 March 2014; doi:10.1038/nature12787

The FANTOM Consortium and the RIKEN PMI and CLST (DGT). A promoter-level mammalian expression atlas. Nature, 26 March 2014; doi:10.1038/nature13182

資料來源：http://www.bio360.net/news/show/9555.html#rd