Wissenschaftler analysieren Chromosomen 2 und 4
NHGRI-Unterstützte Forscher entdecken größte „Genwüsten“; Finden Sie neue Hinweise auf das Ereignis der Chromosomenfusion der Vorfahren
BETHESDA, Md., Wed. 6. April 2005 – Eine detaillierte Analyse der Chromosomen 2 und 4 hat die größten bekannten „Genwüsten“ im menschlichen Genom entdeckt und weitere Beweise dafür gefunden, dass das menschliche Chromosom 2 aus der Fusion zweier angestammter Affenchromosomen hervorgegangen ist, berichteten Forscher, die vom National Human Genome Research Institute (NHGRI), einem Teil der National Institutes of Health (NIH), unterstützt wurden.
In einer Studie, die in der Ausgabe der Zeitschrift Nature vom 7. April veröffentlicht wurde, beschrieb ein multiinstitutionelles Team unter der Leitung der Washington University School of Medicine in St. Louis seine Analyse der hochwertigen Referenzsequenz der Chromosomen 2 und 4. Die Sequenzierungsarbeiten an den Chromosomen wurden im Rahmen des Humangenomprojekts an der Washington University durchgeführt; Broad Institute of MIT, Cambridge, Mass.; Stanford DNA-Sequenzierung und Technologieentwicklungszentrum, Stanford, Kalifornien.; Wellcome Trust Sanger Institut, Hinxton, England; Nationale Yang-Ming Universität, Taipeh, Taiwan; Genoscope, Evry, Frankreich; Baylor College of Medicine, Houston; Multimegabase-Sequenzierungszentrum der Universität Washington, Seattle; Gemeinsames Genominstitut des US-Energieministeriums (DOE), Walnut Creek, Kalifornien.; und Roswell Park Cancer Institute, Buffalo, NY
„Diese Analyse ist eine beeindruckende Leistung, die unser Verständnis des menschlichen Genoms vertiefen und die Entdeckung von Genen im Zusammenhang mit menschlicher Gesundheit und Krankheit beschleunigen wird. Darüber hinaus bieten diese Ergebnisse aufregende neue Einblicke in die Struktur und Evolution von Säugetiergenomen „, sagte Francis S. Collins, M.D., Ph.D., Direktor von NHGRI, der die US-Komponente des Humangenomprojekts zusammen mit dem DOE leitete.
Chromosom 4 ist seit langem für die medizinische Gemeinschaft von Interesse, da es das Gen für die Huntington-Krankheit, die polyzystische Nierenerkrankung, eine Form der Muskeldystrophie und eine Vielzahl anderer Erbkrankheiten enthält. Chromosom 2 ist bemerkenswert, da es das zweitgrößte menschliche Chromosom ist und nur Chromosom 1 in der Größe hinterherhinkt. Es ist auch die Heimat des Gens mit der längsten bekannten, Protein-kodierenden Sequenz – ein 280.000 Basenpaar-Gen, das für ein Muskelprotein namens Titin kodiert, das 33.000 Aminosäuren lang ist.
Eines der zentralen Ziele der Bemühungen, das menschliche Genom zu analysieren, ist die Identifizierung aller Gene, die im Allgemeinen als DNA-Abschnitte definiert werden, die für bestimmte Proteine kodieren. Die neue Analyse bestätigte die Existenz von 1.346 proteinkodierenden Genen auf Chromosom 2 und 796 proteinkodierenden Genen auf Chromosom 4.
Im Rahmen ihrer Untersuchung von Chromosom 4 fanden die Forscher die vermutlich größten „Genwüsten“, die bisher in der menschlichen Genomsequenz entdeckt wurden. Diese Regionen des Genoms werden Genwüsten genannt, weil sie frei von proteinkodierenden Genen sind. Die Forscher vermuten jedoch, dass solche Regionen für die Humanbiologie wichtig sind, da sie während der gesamten Evolution von Säugetieren und Vögeln konserviert wurden und nun daran gearbeitet wird, ihre genauen Funktionen herauszufinden.
Menschen haben 23 Chromosomenpaare – ein Paar weniger als Schimpansen, Gorillas, Orang-Utans und andere Menschenaffen. Seit mehr als zwei Jahrzehnten glauben Forscher, dass das menschliche Chromosom 2 als Ergebnis der Fusion von zwei mittelgroßen Affenchromosomen und einer Seattle-Gruppe, die die Fusionsstelle im Jahr 2002 lokalisierte, entstanden ist.
In der neuesten Analyse durchsuchten die Forscher die DNA-Sequenz des Chromosoms nach den Überresten des Zentrums (Zentromers) des Affenchromosoms, das bei der Fusion mit dem anderen Affenchromosom inaktiviert wurde. Anschließend identifizierten sie eine DNA-Sequenz mit 36.000 Basenpaaren, die wahrscheinlich die genaue Position des inaktivierten Zentromers markiert. Dieser Trakt ist durch eine Art DNA-Duplikation gekennzeichnet, die als Alpha-Satellitenwiederholungen bekannt ist und ein Markenzeichen von Zentromeren ist. Darüber hinaus wird der Trakt von einer ungewöhnlichen Fülle einer anderen Art von DNA-Duplikation flankiert, die als segmentale Duplikation bezeichnet wird.
„Diese Daten eröffnen die Möglichkeit eines neuen Werkzeugs zur Untersuchung der Genomevolution. Wir können möglicherweise andere Chromosomen finden, die im Laufe der Zeit verschwunden sind, indem wir die DNA anderer Säugetiere nach ähnlichen Duplikationsmustern durchsuchen „, sagte Richard K. Wilson, Ph.D., Direktor des Genomsequenzierungszentrums der Washington University School of Medicine und leitender Autor der Studie.
In einem weiteren interessanten Befund identifizierten die Forscher ein Boten-RNA (mRNA) -Transkript aus einem Gen auf Chromosom 2, das möglicherweise ein Protein produziert, das für Menschen und Schimpansen einzigartig ist. Wissenschaftler haben vorläufige Beweise dafür, dass das Gen verwendet werden kann, um ein Protein im Gehirn und in den Hoden herzustellen. Das Team identifizierte auch „hypervariable“ Regionen, in denen Gene Variationen enthalten, die zur Produktion von veränderten Proteinen führen können, die für den Menschen einzigartig sind. Die Funktionen der veränderten Proteine sind nicht bekannt, und die Forscher betonten, dass ihre Ergebnisse noch „eine vorsichtige Bewertung“ erfordern.“
Im Oktober 2004 veröffentlichte das International Human Genome Sequencing Consortium seine wissenschaftliche Beschreibung der fertigen Humangenomsequenz in Nature. Detaillierte Anmerkungen und Analysen wurden bereits für Chromosomen veröffentlicht 5, 6, 7, 9, 10, 13, 14, 16, 19, 20, 21, 22, X und Y. Veröffentlichungen, die die verbleibenden Chromosomen beschreiben, stehen bevor.
Die Sequenz der Chromosomen 2 und 4 sowie der Rest der menschlichen Genomsequenz können über die folgenden öffentlichen Datenbanken abgerufen werden: GenBank (www.ncbi.nih.gov/Genbank ) am NIH National Center for Biotechnology Information (NCBI); der UCSC Genome Browser (www.genome.ucsc.edu ) an der Universität von Kalifornien in Santa Cruz; der Ensembl Genome Browser (www.ensembl.org) am Wellcome Trust Sanger Institute und am EMBL-European Bioinformatics Institute; die DNA Data Bank of Japan (www.ddbj.nig.ac.jp ); und EMBL-Bank (www.ebi.ac.uk/embl/index.html ) in der Nucleotide Sequence Database des EMBL.
NHGRI ist eines der 27 Institute und Zentren am NIH, einer Agentur des Department of Health and Human Services. Die NHGRI-Abteilung für außeruniversitäre Forschung unterstützt bundesweit Stipendien für Forschung sowie für Aus- und Weiterbildung an Standorten. Weitere Informationen über NHGRI finden Sie unter www.genome.gov .
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