UW Medicine dahil olmak üzere çok kurumlu bir girişim olan İnsan Pangenomu Referans Konsorsiyumu, 47 farklı kişiden alınan verilerle orijinal İnsan Genomu Projesi’ni genişletiyor. İnsan genomu araştırmalarında genetik çeşitlilik ve eşitlik anlayışını geliştirmeyi amaçlayarak genetik hastalıklara yönelik dönüştürücü içgörülere yol açar.
Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi araştırmacıları, bir daha fazla insan popülasyonu çeşitliliğini temsil eden yeni genomik referans koleksiyonu.
UW Medicine genom uzmanları, Ulusal Sağlık Enstitüleri’nin (NIH) İnsan Genomu Araştırma Enstitüsü referans koleksiyonuna önemli bilimsel katkılar yaptı ve bu koleksiyon, dünyanın genetik çeşitliliğini daha iyi temsil ediyor.
İnsan Pangenom Referans Konsorsiyumu olarak adlandırılan bu çok kurumlu çaba, İnsan Genomu Projesi olarak başlayan daha önceki çalışmaları genişletiyor ve güncelliyor. Taslakları 2001 ve 2003’te bildirilen bu orijinal proje, insan DNA’sının daha sınırlı bir örneğine dayanıyordu. O zaman amaç, referans olarak kullanmak üzere bir insan genomunun bütün bir dizisini oluşturmaktı. Çoğunlukla bir kişiden gelen verileri ve yaklaşık 20 kişiden gelen az miktarda genetik bilgiyi yansıtıyordu. Bu proje, 2022’de ilk telomerden telomere insan genomunun piyasaya sürülmesiyle resmi olarak tamamlandı.
İnsan Genomu Projesindeki Gelişmeler
Buna karşılık, insan pangenom referansı neredeyse tüm genomik verileri içerir dünya çapında farklı popülasyonları temsil eden 47 kişiden. Her insan, her bir ebeveynden bir kopya olmak üzere iki kopya taşıdığından, bu 94 insan genomuna karşılık gelir.
David Porubsky (solda) ve Mitchell Vollger (sağda), İnsan Pangenomundan elde edilen son bulguları tartışıyorlar. Referans Konsorsiyumu. Her ikisi de, Mayıs 2023 tarihli insan pangenom referans toplama raporunun bir parçası olarak yayınlanan tamamlayıcı araştırma çalışmalarına öncülük etti. Kredi: Randy Carnell/UW Medicine
“Pangenom yaklaşımı, insan genetik varyasyonu hakkında yeni bir düşünme biçimini temsil ediyor. Seattle’daki Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde genom bilimleri profesörü ve İnsan Pangenomu Referans Konsorsiyumu’ndaki kıdemli bilim insanlarından biri olan Evan Eichler dedi. “Yalnızca genetik hastalıkların keşfini iyileştirmekle kalmayıp, aynı zamanda türümüzün genetik çeşitliliğine ilişkin anlayışımızı da dönüştürme potansiyeline sahip.”
Devam Eden Genişleme ve İyileştirilmiş Eşitlik
Mevcut pangenom taslak referansı, çeşitli diğer atalardan ve coğrafi köklerden gelen insanlardan DNA dizilimi ve analizini içerecek şekilde genişletilmeye devam ediyor. Sonunda 350’den fazla katılımcıdan oluşan bir kohort, araştırmacıların, karmaşık bölgelere eşlendiği için daha önce gözden kaçmış olanlar da dahil olmak üzere, en yaygın genetik varyantları yakalamasını sağlayacaktır.
İnsan Pangenome Referans Konsorsiyumu’nun en son araştırmasına göre rapor edilmiştir. Nature ve diğer bilimsel dergilerdeki bir dizi makalede.
Etkileyici Araştırma Sonuçları
İnsan popülasyonları arasındaki çeşitliliği yansıtarak, pangenom referans koleksiyonunun insan genom araştırmalarında eşitliği artırması bekleniyor. Daha geniş bir geçmişe sahip bireyler ve aileler, genetik çeşitliliğin insan sağlığını nasıl etkilediğine ilişkin bilgilere dayalı yeni klinik gelişmelerden yararlanabilir.
Araştırmacılar şimdiden, daha önceki insan genomu referans dizileriyle mümkün olamayacak keşifler yapıyorlar.
Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi bilim adamlarının önemli katkılarda bulunduğu pangenom projesi çalışmaları şunlardı:
Pangenom Referansının Taslağı
Genel proje raporu, “Bir insan pangenomu taslağı referans,” Nature’da yayınlandı. İnsan genomunun evrimi ve varyasyonu ve bunların hastalıkla ilişkisi konusunda uzman olan Eichler, kıdemli yazarlar arasındaydı. Hepsi onun departmanından David Porubsky, Mitchell Vollger, William T. Harvey, Katherine M. Munson, Carl A. Baker, Kendra Hoekzema, Jennifer Kordusky ve Alexandra P. Lewis proje ekibinin bir parçasıydı.
Bu makale 47 kişiden alınan diploid düzenekleri incelemektedir. Diploid düzenekler, bir kişinin DNA dizisini her iki ebeveynden miras alırken gösterirken, haploid düzeneklerde yalnızca bir ebeveynden olanlar görünür.Düzeneklerin neredeyse eksiksiz (%99’dan fazla) olduğu ve yapısal ve baz çifti seviyelerinde oldukça doğru olduğu bulundu. Araştırmacılar, en son sıralama teknolojisi ve analitik yenilikler nedeniyle bu düzeneklerin daha önceki montaj kalitesinde çabalardan daha iyi performans gösterdiğini belirtti.
Asamblajlar, bilinen varyantları belirlemenin yanı sıra, yapısal olarak karmaşık bölgelerdeki yeni varyantları da yakaladı. genomun. Bu bölgelere daha önce erişilemezdi.
Zorluklar ve Gelecekteki Görünüm
Yazarlar ayrıca, mevcut pangenom referansının hala bir taslak olduğunu ve bu referansı oluşturma ve iyileştirme konusunda birçok zorluğun devam ettiğini vurguladı.
Örneğin, bilim insanları, insanların nasıl farklılaştığına dair daha eksiksiz bir resim elde etmek için telomerden telomere veya uçtan uca kromozom dizilimine doğru ilerlemeyi planlıyor.
“Bu bize her tür insan varyasyonunun daha kapsamlı bir temsili” dediler. Araştırmacılar ayrıca denek alımını genişletmek istiyor, çünkü mevcut örnekler insan popülasyonundaki çeşitliliğin boyutunu yansıtmak için yetersiz.
Bunlara ve diğer sınırlamalara rağmen, araştırmacılar pangenom referans koleksiyonunu optimize etmenin hızla yol açacağını tahmin ediyor. bilim adamları ve klinisyenler için çok sayıda uygulamaya.
Tekrarlayan DNA’daki Varyasyonu Ortaya Çıkarma
İlgili makalelerden biri, UW Medicine araştırmacıları tarafından yürütülen bir çalışmadır: “Artan mutasyon ve gen dönüşümü insan segmental kopyaları,” ayrıca Nature’da da görülüyor. Baş yazar,, Eichler laboratuvarında bir öğrenciyken meslektaşları ve diğer İnsan Pangenomu Referans Konsorsiyumu bilim adamlarıyla işbirliği yapan genom bilimlerinde doktora sonrası araştırmacı olan Mitchell R. Vollger’dır.
Üstesinden gelerek Tekrarlanan DNA kodunun büyük bölümlerini içeren genom alanlarının haritalanmasındaki önceki engeller, ilk kez birçok bölge için tek nükleotit düzeyinde daha fazla varyant tespit edebildiler.
Bu, daha iyi bir anlayışa yol açıyor mutasyonların nasıl, nerede ve ne dereceye kadar meydana geldiği.
Genomun benzersiz bölgeleriyle karşılaştırıldığında, segmental kopyalarda yüksek yoğunlukta tek nükleotit varyantları keşfettiler. Ayrıca, bu artışın neredeyse dörtte birinin, “interlokus gen dönüşümü” adı verilen bir süreçte yeni konumlara kopyalanan genlerden kaynaklandığını da buldular.
Bilim adamları, genetik bağışlama veya alma için birincil konumlar olan sıcak noktaların bir haritasını oluşturdular. malzeme. Ayrıca, evrimsel bir bakış açısından, segmental duplikasyon alanlarının, benzersiz DNA dizileri içeren genomun diğer bölümlerinden biraz daha eski olduğunu gözlemlediler. Ancak bu, tek nükleotid varyantlarının artan yoğunluğunu açıklamıyordu.
İlginç bir şekilde, nükleotit sitozinin guanin’e dönüşmesi ve bunun tersinin, adenin ve timin arasındaki dönüşümlere göre iki kopyalı dizilerde daha olası olması. (A, T, C ve G, DNA kodunun alfabesini oluşturan dört kimyasaldır.)
“Bu farklı mutasyonel özellikler, DNA’nın segmental kopyalarının daha yüksek sitozin ve guanin içeriğinin korunmasına yardımcı olur. benzersiz DNA,” diye bildirdi araştırmacılar.
Bilim adamları, insan genomunun bu kopyalanmış ve gen açısından zengin bölgelerinde, yani daha önce okunamaz olarak kabul edilen bölgelerde 1,99 milyondan fazla tek nükleotitli varyant buldular.
{2 Vollger, “Bu yeni dizinin çoğu, geçen yıl [T2T Konsorsiyumunun bir parçası olarak] insanlar arasında pek çok farklılığın olduğu kopya sayısı değişken bölgelerinde ortaya çıkarıldı” dedi. “Bu son çalışmadaki odak noktam, bu değişken bölgelere bakmak ve orada var olan ek çeşitliliği keşfetmek ve onu karakterize etmeye başlamaktı.”
“Saymayı nasıl seçtiğinize bağlı olarak, çoğu insan varyasyonu gelir. yalnızca bir pangenom referansı kullanılarak kilidi açılacak olan bu kopya numarası değişken bölgelerinden. Bilimsel ve klinik araştırma topluluğunun onu benimsemeye başlaması için pangenom kaynağını zorlamaya devam etmemizin kesinlikle kritik olduğunu düşünüyorum.”
İnsan Genomu Yapılarındaki Boşlukları Kapatmak
Başka bir makale İnsan Pangenome Araştırma Konsorsiyumu serisinin bir kısmı, Genome Research dergisinde “Aşamalı genom düzeneklerinde boşluklar ve karmaşık yapısal olarak değişken lokuslar” başlığı altında yayınlandı. Baş yazar, Eichler laboratuvarında çalışmalar yürüten genom bilimlerinde oyunculuk eğitmeni olan David Porubsky’dir.
Porubsky, “Birden fazla genomu bitirmek daha zordur,” dedi, “çünkü insan genomları diploiddir. İnsanlar bir genomun iki kopyasını taşırlar: biri anneden, diğeri babadan. Yani görev daha zor. Bu yüzden kalan boşluklar var.Bununla birlikte, klinik ortamlarda ebeveyn verileri her zaman mevcut değildir.
Porubsky, Eichler ve ekibi, her bir ebeveynden gelen gen setini gösteren eksiksiz bir genom düzeneği üretmeye çalışan bir yaklaşım üzerinde çalışıyor. herhangi bir ebeveyn verisi. Tek hücreli zincir dizilimi veya Strand-seq adı verilen bir yöntem kullanıyorlar.
Her iki yaklaşım da (üçlü tabanlı veya ana veri yok) yine de eksik bilgi boşluklarına neden olabilir. Ekip, İnsan Pangenome Referans Konsorsiyumu’ndan 77 aşamalı ve birleştirilmiş insan genomundan boşlukları, montaj kesintilerini ve yanlış yönlendirmeleri analiz etti. (Aşamalı bir genom düzeneği, her bir ebeveynden geçen kromozomlardaki varyant gruplarını çözmeye çalışır.)
Ekip, DNA bölümlerinin yanlış yönlendirildiği alanlar da dahil olmak üzere her iki yöntemde ortaya çıkan boşlukların birkaç nedenini öğrendi. Bu hatalı yönelimlerin çoğu, şeylerin mecazi olarak tersyüz edildiği veya ters yüz edildiği büyük tersine çevirmelerle ilgilidir. Bunların çoğu, DNA kodunun aynı tekrarları arasında meydana gelir. Sık sık genleşme ve büzülmelere maruz kalan DNA bölgeleri olarak tanımlanan büyük montaj hizalama kesintileri de vardı. Daha da önemlisi, bu alanların çoğu protein kodlayan genlerle örtüşüyordu; buna kopya sayısındaki farklılıklar (bir bölümün bir bireyde diğerine kıyasla bir bölümün tekrarlanma sayısı) dahil olduğu alanlar da dahildir.
“Bu çabadaki asıl görevim, Porubsky, “genom düzeneğinde nerede eksik kaldığımızı, kalan boşlukların nerede olduğunu ve bunları nasıl kapatacağımızı daha iyi anlamaktı. Bu boşlukların nerede bulunduğunu, sıklıklarını ve sıralama özelliklerini araştırıyordum. Bu boşlukların birçoğunun, mevcut teknolojiler ve algoritmalar altında bir araya getirilmesi zor olan bu çok uzun, oldukça tekrarlı dizilerle temsil edildiğini bulduk.”
Gelecek Yönleri ve Biyomedikal Uygunluk
“Biz Porubsky, “ve aslında yapbozun bu eksik parçalarını tamamlayarak insan genomunu, hatta insan genomunun bu çok karmaşık kısımlarını bile daha iyi anlayabilmek için gelecekte daha iyi konumlanıyorlar” dedi. }
Bu bölgelerin biyomedikal açıdan alakalı bilgiler içerdiğini kaydetti.
“Bu çok önemli” dedi, “çünkü genomların bu karmaşık parçalarının çoğu, belirli formlar gibi genetik bozukluklarla ilişkilidir. otizm ve Prader-Willi sendromu. Bu bölgelerin analiz edilmesi, gelecekte bu genetik bozuklukların nasıl tedavi edilip teşhis edileceğini daha iyi anlamamıza ve belki de tanımlanmamış yeni bozuklukları belirlememize yardımcı olabilir.”
“[Bu bölgelerin] pangenomik bir temsili, en uygunu olacaktır. kullanışlı, ancak gerçekleştirmesi daha zor,” diye belirtti araştırmacılar makalelerinde.
Bu buluş hakkında daha fazla bilgi için bkz.:
- İnsan Pangenomu Referansı: Dünya Çapında Genomik Konusunda Derin Bir Anlayış Çeşitlilik
- İnsan Genomik Çeşitliliğinin Berrak Bir Görüntüsü
- Yeni İnsan Pangenom Referansının Yayınlanması
- İnsan Pangenomunu Bir Araya Getirmek
“Arttı Mitchell R. Vollger, Philip C. Dishuck, William T. Harvey, William S. DeWitt, Xavi Guitart, Michael E. Goldberg, Allison N. Rozanski, Julian Lucas, Mobin Asri, Human Pangenome Reference Consortium, Katherine M. Munson, Alexandra P. Lewis, Kendra Hoekzema, Glennis A. Logsdon, David Porubsky, Benedict Paten, Kelley Harris, PingHsun Hsieh ve Evan E. Eichler, 10 Mayıs 2023. Nature.
{ 10}DOI: 10.1038/s41586-023-05895-y
UW Medicine’deki İnsan Pangenom Referans Konsorsiyumu çalışması kısmen ABD Ulusal Sağlık Enstitülerinden (5RO1HG002385, 5U01HG010971, R01HG010169) alınan hibelerle desteklenmiştir. , U24HG007497 ve 1UO1HGO01973). Eichler, Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nde bir araştırmacıdır.
.