• الانسان الجينوم Project revealed that ~1-2% of our الجينوم makes functional proteins while the role of the remaining 98-99% remains enigmatic. Researchers have tried to uncover the mysteries surrounding the same and this article throws light on our understanding of its role and implications for الانسان الصحية والأمراض.
From the time the الانسان الجينوم Project (HGP) was completed in April 20031, it was thought that by knowing the entire sequence of الانسان genome which consists of 3 billion base pairs or ‘pair of letters’, الجينوم will be an open book using which researchers would be able to pin point exactly how a complex organism as a الانسان being works which will eventually lead to finding our predispositions to various kinds of diseases, enhance our understanding of why disease occurs and finding cure for them as well. However, the situation became very perplexed when the scientists were only able to decipher only a part of it (only ~1-2%) which makes functional proteins that decide our phenotypic existence. The role of 1-2% of the DNA to make functional proteins follows the central dogma of molecular biology which states that DNA is first copied to make RNA, especially mRNA by a process called transcription followed by production of protein by mRNA by translation. In the language of the molecular biologist, this 1-2% of the الانسان الجينوم codes for functional proteins. The remaining 98-99% is referred to as ‘junk DNA’ or ‘dark يهم’ which does not produce any of the functional proteins mentioned above and is carried as a ‘baggage’ every time a الانسان being is born. In order to understand the role of the remaining 98-99% of the الجينوم, ENCODE ( ENCyclopedia Of DNA Elements) project2 was launched in September 2003 by the National الانسان الجينوم Research Institute (NHGRI).
The ENCODE project findings have revealed that majority of the dark يهم’’ comprises of noncoding DNA sequences that function as essential regulatory elements by turning genes on and off in different type of cells and at different points in time. The spatial and temporal actions of these regulatory sequences is still not completely clear, as some of these (regulatory elements) are located very far away from the gene they act upon while in other cases they may be close together.
The composition of some of the regions of الانسان الجينوم was known even before the launch of the الانسان الجينوم Project in that ~8% of the الانسان الجينوم is derived from viral الجينوم embedded in our DNA as الانسان endogenous retroviruses (HERVs)3. These HERVs have been implicated in providing innate immunity to البشر by acting as regulatory elements for genes that control immune function. The functional significance of the this 8% was corroborated by the findings of the ENCODE project which suggested that majority of the ‘dark يهم functions as regulatory elements.
In addition to the ENCODE project findings, a vast amount of research data is available from the past two decades suggesting a plausible regulatory and developmental role for the ‘dark يهم’. Using الجينوم-wide association studies (GWAS), it has been identified that majority of the noncoding regions of DNA are associated with common diseases and traits4 والاختلافات في هذه المناطق تعمل على تنظيم ظهور وشدة عدد كبير من الأمراض المعقدة مثل السرطان وأمراض القلب واضطرابات الدماغ والسمنة وغيرها الكثير5,6. كشفت دراسات GWAS أيضًا أن غالبية تسلسلات الحمض النووي غير المشفرة في الجينوم يتم نسخها (يتم تحويلها إلى RNA من الحمض النووي ولكن لم يتم ترجمتها) إلى RNAs غير مشفر والاضطراب في تنظيمها يؤدي إلى تأثيرات مسببة للأمراض التفاضلية7. يشير هذا إلى قدرة الحمض النووي الريبي غير المشفر على لعب دور تنظيمي في تطور المرض8.
علاوة على ذلك ، تظل بعض المادة المظلمة كدنا غير مشفر وتعمل بطريقة تنظيمية كمعززات. كما توحي الكلمة ، تعمل هذه المعززات عن طريق تعزيز (زيادة) التعبير عن بروتينات معينة في الخلية. وقد ظهر هذا في دراسة حديثة حيث أن التأثيرات المحسّنة لمنطقة غير مشفرة من الحمض النووي تجعل المرضى عرضة للإصابة بأمراض المناعة الذاتية والحساسية المعقدة مثل مرض التهاب الأمعاء.9,10، مما يؤدي إلى تحديد هدف علاجي جديد محتمل لعلاج الأمراض الالتهابية. كما أن المعززات الموجودة في "المادة المظلمة" متورطة في نمو الدماغ حيث أظهرت الدراسات التي أجريت على الفئران أن حذف هذه المناطق يؤدي إلى تشوهات في نمو الدماغ.11,12. قد تساعدنا هذه الدراسات على فهم الأمراض العصبية المعقدة مثل الزهايمر وباركنسون بشكل أفضل. كما ثبت أن "المادة المظلمة" تلعب دورًا في تطوير سرطانات الدم13 مثل ابيضاض الدم النخاعي المزمن (CML) وسرطان الدم الليمفاوي المزمن (CLL).
Thus, ‘dark matter’ represents an important part of the الانسان الجينوم than previously realised and has directly influences الانسان الصحية by playing a regulatory role in the development and onset of الانسان diseases as described above.
Does that mean that the entire ‘dark matter’ is either transcribed into non-coding RNAs or play an enhancer role as non-coding DNA by acting as regulatory elements associated with predisposition, onset and variations in the various diseases inflicting البشر? The studies performed till now show a strong preponderance for the same and more research in the coming years will help us exactly delineate the function of the entire ‘dark matter’, that will lead to identification of novel targets in the hope of finding cure to the debilitating diseases that inflict the human race.
***
المراجع:
1. “Human Genome Project Completion: Frequently Asked Questions”. National Human الجينوم Research Institute (NHGRI). Available online at https://www.genome.gov/human-genome-project/Completion-FAQ تم الوصول إليه في 17 مايو 2020.
2. Smith D. ، 2017. 98٪ الغامض: يتطلع العلماء إلى تسليط الضوء على "الجينوم المظلم". متاح على الإنترنت على https://phys.org/news/2017-02-mysterious-scientists-dark-genome.html تم الوصول إليه في 17 مايو 2020.
3. Soni R. ، 2020. البشر والفيروسات: تاريخ موجز لعلاقتهم المعقدة وانعكاساتهم على COVID-19. Scientific European تم النشر في 08 مايو 2020. متاح على الإنترنت على https://www.scientificeuropean.co.uk/humans-and-viruses-a-brief-history-of-their-complex-relationship-and-implications-for-COVID-19 تم الوصول إليه في 18 مايو 2020.
4. مورانو إم تي ، هامبرت آر ، رينيس إي ، وآخرون. التوطين المنهجي للاختلاف المرتبط بالأمراض الشائعة في الحمض النووي التنظيمي. علم. 2012 7 سبتمبر ؛ 337 (6099): 1190-5. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1222794
5. فهرس لدراسات الارتباط المنشورة على نطاق الجينوم. http://www.genome.gov/gwastudies.
6. Hindorff LA ، Sethupathy P ، وآخرون 2009. الآثار المسببة والوظيفية المحتملة لمواقع الارتباط على مستوى الجينوم للأمراض والسمات البشرية. Proc Natl Acad Sci US A. 2009 ، 106: 9362-9367. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0903103106
7. St Laurent G و Vyatkin Y و Kapranov P. تضيء المادة المظلمة RNA لغز دراسات الارتباط على نطاق الجينوم. BMC Med 12 ، 97 (2014). DOI: https://doi.org/10.1186/1741-7015-12-97
8. مارتن L ، تشانغ HY. الكشف عن دور "المادة المظلمة" الجينومية في أمراض الإنسان. ياء كلين إنفست. 2012 ؛122 (5): 1589-1595. https://doi.org/10.1172/JCI60020
9. معهد بابراهام 2020. الكشف عن كيفية تأثير مناطق "المادة المظلمة" في الجينوم على الأمراض الالتهابية. تم النشر في 13 مايو ، 2020. متاح على الإنترنت على https://www.babraham.ac.uk/news/2020/05/uncovering-how-dark-matter-regions-genome-affect-inflammatory-diseases تم الوصول إليه في 14 مايو 2020.
10. نصرالله ، ر. ، إيميانوفسكي ، سي جيه ، بوسيني كاستيلو ، إل وآخرون. 2020. يعزز المحسن البعيد المعرض للخطر الموضع 11q13.5 قمع التهاب القولون بواسطة الخلايا Treg. طبيعة (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2296-7
11. ديكل ، دي وآخرون. 2018. المعززات فائقة الحفظ مطلوبة للتطوير الطبيعي. الخلية 172 ، الإصدار 3 ، P491-499.E15 ، 25 يناير 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.017
12. "المادة المظلمة" الحمض النووي يؤثر على نمو الدماغ DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-018-00920-x
13. المادة المظلمة مهمة: التمييز بين سرطانات الدم الدقيقة باستخدام أحلك DNA DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007332
***
