研究人员确定了与心脏发育有关的遗传因素

基因组科学的出现使研究人员有了前所未有的能力来了解许多疾病的根本原因。康涅狄格大学医学院遗传学和基因组科学助理教授贾斯汀·科特尼(Justin Cotney)利用这项技术确定了一组对正常心脏发育至关重要的基因和调控元件。

发表在十月号的一篇论文中循环研究，科特尼概述了“中心基因”在心脏发育中的重要性。轮毂基因就像轮子的轮毂一样运作;它们是许多其他“辐条”辐射的中心，并在表达的时间和程度上遵循它们的引导。

通过研究基因组聚合数据库(gnomAD)中其他研究收集的125,000个对照患者基因组的庞大数据集，Cotney和他的团队确定了一组对心脏发育至关重要的基因和调控因子。这些基因很少发生突变，这使得研究人员得出结论，它们对健康发育很重要。

科特尼说:“如果这些基因发生突变，你就不可能成为一个正常健康的人。”

心脏在胚胎发育的前四到八周之间发育。研究人员将这个时间段隔离开来，并观察了大脑的哪些部分基因组是活跃的。

科特尼说:“如果你想了解心脏是如何形成的，这就是你需要研究的地方。”

基因组在6微米的细胞核中包含大约3米长的DNA。这意味着当DNA不被使用时，它必须被紧密地包装起来。研究人员使用机器学习来确定在这段时间内DNA的哪些部分被组蛋白修饰所显示。

Cotney的团队确定了超过10万个在人类心脏发育过程中活跃的调节序列。其中超过13,000个，约占总数的10%，从未被注释为在任何人体组织或发育阶段具有活性。他们对这些监管要素的分析基因表达涉及到200多个心脏发育的新基因，其中许多可能涉及先天性心脏缺陷．

“关于基因组，我们仍有很多不了解的地方，”科特尼说。

由于这些基因参与心脏特异性表达，它们在先天性心脏缺陷(最常见的出生缺陷之一)的发展中也起着关键作用。其他关于先天性心脏缺陷遗传机制的研究强调了其他基因，而不是Cotney研究中捕获的基因。

科特尼说:“到目前为止，这些基因通常被忽视，但我们认为这是人们应该注意的事情。”

通过标记这些遗传元素，临床医生在观察先天性心脏缺陷患者的基因组时，可以确定他们基因组的哪些部分可能导致这种情况。

一个基因突变不太可能导致先天性心脏缺陷。这些基因是基因表达网络的一部分缺陷发生时，很可能是几个相关突变的结果。

其他研究表明，破坏单个调节因子很少会对生物体产生明显影响。许多监管元素是多余的，所以如果其中一个被关闭，生物体仍然可以正常发育。

虽然科学家们已经建立了一个丰富的颅面发育相关基因数据库，但这种关于心脏的知识非常缺乏，这使得科特尼的工作对科学做出了开创性的贡献。

“这真的是对人类染色质和基因表达最全面的研究之一心发展科特尼说。

研究人员已经为他们的发现申请了专利，这对那些使用基因筛查来诊断先天性心脏缺陷的公司很有用。到目前为止，他们一直在研究其他不能准确反映潜在问题的基因。此外，业界对哪些基因最相关缺乏共识。

“我们的发现相当新颖，”科特尼说。“我们认为，这些基因的组合在未来对先天性心脏缺陷的诊断将非常重要。”

这项研究的下一步是观察受影响的人群，看看这些是否基因会像研究人员预测的那样发生突变。该团队还将进行实验，使基因组的某些部分发生突变，以确定它们对发育的影响。

科特尼说:“我认为我们只是触及了表面。

这些发现对研究其他生物心脏的进化研究也有意义，比如心是进化最快的器官之一。

“我们知道我们的方法在提取相关生物信息方面的力量，”科特尼说。“所有的信息都不见了。”

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