加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员是2020年7月29日发表在《自然》杂志上的10项研究的贡献者之一，该研究描述了正在进行的DNA元素百科全书(ENCODE)项目的最新结果，该项目是由美国国立卫生研究院(NIH)领导的一项全球努力，旨在了解人类基因组的功能。

　　这第三系列发表的论文包括对来自人类和小鼠基因组的数百万个候选DNA“开关”的描述，这些“开关”似乎调节着基因的开启时间和地点，一个新的注册表将这些DNA开关的一部分分配给有用的生物类别，以及新的可视化工具，以协助使用ENCODE的大型数据集。

　　为了评估不同DNA区域的潜在功能，ENCODE研究人员研究了通常与调节基因的开关相关的生化过程。这种生物化学方法是快速、全面地探索全基因组的有效途径。这种方法有助于定位DNA中“候选功能元件”的区域——研究人员根据这些生化特性预测的DNA区域是功能元件。然后，他们可以在进一步的实验中测试候选基因，以确定和表征它们在基因调控中的功能角色。

　　“ENCODE的一个关键挑战是，不同的基因和功能区域在不同的细胞类型中是活跃的，”Elise Feingold博士说，她是美国国立卫生研究院下属的国家人类基因组研究所基因组科学部战略实施的科学顾问，也是该研究所ENCODE的负责人。“这意味着我们需要测试大量不同数量的生物样本，以建立基因组中候选功能元件的目录。”

　　由细胞和分子医学教授、加州大学圣地亚哥分校医学院表观基因组学中心主任、路德维希癌症研究所圣地亚哥分校成员任冰博士和加州大学圣地亚哥分校医学院细胞和分子医学教授Gene Yeo博士领导的研究小组分别在最新一期的《自然》杂志上发表了一项研究。

　　实验小鼠在生物医学研究中被广泛用于模拟人类生物学和疾病。小鼠的一个关键优势是，研究人员可以接触到在人类身上很难或不可能研究的胎儿发育阶段。在Ren和第一作者David Gorkin博士及其同事的研究中，科学家们在小鼠的多个发育阶段描绘了12个不同组织的染色质结构，揭示了生物体发育过程中潜在基因活动的信息。然后，他们利用这些图谱确定了小鼠基因组中50多万个候选转录调控元件，这些元件用于控制小鼠基因组中2万多个基因在胎儿发育过程中何时何地被激活。

　　他们的研究结果对人类疾病研究有两大意义，任说。

　　“首先，我们发现各种人类疾病的遗传风险变异位于人类基因组的区域，这些区域与绘制的小鼠基因调控序列具有共同的进化起源，这表明人类基因组的这些区域可能在人类中起作用，其中的一些疾病风险变异可能会影响胎儿发育。

　　“其次，我们的研究结果为研究人员使用小鼠来模拟人类疾病提供了重要的工具，帮助他们专注于可能与目标疾病最相关的特定组织、发育阶段和基因组区域。”

　　在Yeo和第一作者Eric L. Van Nostrand博士及其同事的研究中，研究人员在人类DNA中引入了一组新的调控元件，这些元件只有在转录成RNA时才能被RNA结合蛋白识别，并与这些元件相互作用。该研究的作者写道，这些RNA结合蛋白就像电脑一样，读取这些RNA元素，并按照它们的指令“处理”RNA，比如修剪多余的片段(剪接)或添加“尾巴”来稳定信息。

　　这项工作代表了迄今为止rna结合蛋白相互作用组最全面的数据集。

　　杨说，这些发现意义重大，因为它们揭示了许多RNA结合蛋白的新功能，并确定了遗传元素，这些遗传元素将为破译哪些人类突变导致RNA“加工”失调或失败奠定基础。Yeo团队已经利用这些信息创建了这些蛋白质的调节原理，强调了RNA研究的重要性，这将有助于新的治疗领域。

　　“我对这些rna结合蛋白调控的复杂性感到震惊，我相信我们的新数据集将为疾病、遗传学和分子生物学的各个领域打开大门，”Yeo说。

　　值得注意的是:在最新一期的《自然》ENCODE杂志上，有20多名加州大学圣地亚哥分校的教职员工或研究人员被列为10篇论文的共同作者。杂志的全部内容可以在这里找到。

　　蛋白质编码基因在人类基因组中所占比例不到2%。研究人员对其余98%的基因组知之甚少，包括它有多少以及哪些部分具有其他功能。ENCODE的创建就是为了帮助填补这一知识空白。

　　人体由数万亿个细胞组成，细胞有数千种。虽然所有这些细胞都共享一套共同的DNA指令，但不同类型的细胞，如心脏、肺和大脑，通过不同地使用DNA编码的信息来执行不同的功能。DNA区域作为开关，可以打开或关闭基因，或调节基因活动的确切水平，有助于推动体内不同细胞类型的形成，并控制它们在健康和疾病中的功能。

　　作为一个新功能，ENCODE 3研究人员创建了一个详细描述不同类型DNA区域及其相应候选功能的资源。一个名为SCREEN的基于网络的工具允许用户可视化支持这些解释的数据。

　　ENCODE项目始于2003年，是一项广泛的合作研究工作，涉及美国和世界各地的团体，包括500多名具有不同专业知识的科学家。它得益于并建立在世界各地独立研究人员几十年来对基因调控的研究之上。

　　ENCODE的研究人员创建了一个社区资源，确保任何研究人员都可以访问该项目的数据进行研究。这些在开放科学领域的努力已经产生了2000多篇来自非ENCODE研究人员的出版物，这些研究人员使用ENCODE项目生成的数据。