DNA元件百科全书计划

DNA元件百科全书计划

2003年9月美国国立人类基因组研究所（nationalhumangenomeresearchinstitute，nhgri）启动了dna百科全书（encyclopedia of dna elements，encode）计划以鉴定人类基因组的所有功能组分。其目的是寻求新一代dna研究技术对人类基因调控序列在全基因组的水平上研究的应用。由于目前基因组研究中的重点--蛋白编码区仅占人类基因组中dna的 1.5%， 全面了解基因组转录水平的调控成为系统生物学的核心发展方向之一。

“dna元件百科全书”计划是继“人类基因组计划”后最大的国际合作计划之一。由美国国家人类基因组研究所(us national human genome research institute)、wellcome trust和欧洲生物信息研究所(european bioinformatics institute, ebi)组织，包括全世界11个国家80家科研机构35个小组的研究人员。

一、“dna元件百科全书”计划内容“dna元件百科全书”计划主要目标是对人类基因组功能元件进行鉴定和分析，主要包括以下几个部分：

①运用人类基因组计划中成熟的方法和手段进行研究；

②(小规模)试点研究；

③开发高通量筛选和检测技术进行研究。

ENCODE团队试点计划目前已经基本完成 ，主要包括以下三方面的内容：①对编码的功能DNA 进行鉴定和分类；对已存在的几种方法进行了测试和比较，严格分析了人类基因组序列中已被定义的序列。②阐明人类生物学和疾病之 间的关 系 ；③对大量鉴定基因特征的方法、技术和手段进行检测和评估。

ENCODE计划的研究对象包括：编码蛋白基因、非编码蛋白基因、调控区域、染色体结构维持和调节染色体复制动力的 DNA元件。到目前为止，ENCODE计划主要集中研究了44个靶标，共3000万个DNA碱基对。负责该计划数据整合和分析工作的欧洲

分子生物学实验室主任 EWa n Birne Y说，“我们的结论揭示了有关DNA功能元件构成的重要原理，为从DNA转录到哺乳动物进化的一切过程提供了新的认识。”

二 “ D NA 元件百科全书”计划进展ENCODE计划主要分为三个阶段进行 ：①利用目前的技术进行小规模实验 ( 试点研究阶段 ) ，研究的重点主要是关于转录调节单元，转录调节序列 ，酶切位 置，染色体修饰 ，复制起始原点的确定等方面。②技术开发阶段 ，这阶段主要关注没有被充分研究的功能基因。③实际生产阶段 ，该阶段主要将前面两个阶段的研究成果应用到对整个基 因组的研究中 。

2007年6月，E NCODE团队相继在《自然*( Na t u r e)和《基因组研究》(Genome Research)上发表了29篇相关论文，报道了他们 4年来努力的成果，即通过建立一个目录，详尽地描述1％人类基因组的全部生理功能基础。该结果高度肯定了鉴定和归类人类基因组 功能元件的工程的成功 ，并且由于几项新技术的兴起 ，大量关于功能元件的数据被获得，这标志着技术发展阶段也获得了成功。

随着 ENCODE计划初始阶段的成功，NHGRI 在2 0 0 7年9月投入了新的资金使ENCODE工程规模化，扩大到实际生产阶段对整个基因组进行研究，并伴随有中试研究。生产阶段中还具备数据整合中心和数据分析中心，数据整合中心用于追踪、存储和公布数据，而数据分析中心用于对数据进行综合分析。ENCODE研究者们获取的全部数据都会尽快公布到公共数据库中，项目数据整合中心的数据也是公开的。

目前 EN COD E计划的成果亮点包括 ：确定了许多之前不为人知的DNA转录启动位点；推翻了传统观点的认识 ，调控区域也有可能位于DNA转录启动位点的下游；确定了组蛋白( histones)变化的特定标记；加深了人们对组蛋白改变协调DNA复制的理解。

三，“ D NA元件百科全书”计划意义2003年人类基因组计划的完成仅仅标志着人类向着利用基因信息诊断、治疗和预防疾病的目标迈出了重要的第一步。这就好比我们只得到了人体的“ 使用手册”，但是如果要将这份手册用于疾病诊断和治疗，我们必须读懂这份手册。ENC0DE计划首次 系统地研究了所有类型的功能元件的位点和组织方式，对基 因组计划的实际应用具有划时代的意义，为未来进一步认识整个人类基因组的功能蓝图开辟了道路。

首先 EN CODE计划推翻了传统的观点：即我们的基因蓝图 ( genetic blueprint)作为一群独立基因( independent genes) ，漂浮在“垃圾DNA”( junk DNA) 的大海上。事实上，人类基因蓝图的30亿个化学“字母”组成了一个极 为复杂的网络 ，在这个网 络中，基因、调控基序( regulatory elements) 和其它 DNA序列以 一种人们尚未了解的重叠方式相互作用，共同着控制人类的生理活动。美国国家人类基因组研究所主任弗朗西斯 柯林斯(Fr anc iSCO11ins) 将这些结果称之为“ 这是人类生物学上的一个里程碑”。他表示：“这种令人印象深 刻的努力 ，已揭示出许 多激动人心的意外，并为未来探究整个人类基 因组功能 图景开辟 了道路 。 ”

其次“DNA元件百科全书”加深了对哺乳动物基因组进化的认识。传统理论认为，与生理功能相关的重要 D N A 序列往往位于基因组中的“进化限制”(evolutionary constraint)区域，它们在物种进化过程中更容易保存下来。但是，最新 的研究表明，大约一半人类基因组 中的功能元件在进化过程中，不会受到很大限制 。科学家认为 ，哺乳动物缺乏 “ 进化限制”这一点很可能意味着，许多物种的基因组都囊括了大量的包括RNA 转录副本在内的功能元件，在进化过程中，这些功能元件成了基因“ 仓库” 。

科学家预言，ENC0DE计划的研究将导致药物开发方面实质性的突破， 以使人类真正攻克癌症等顽疾。

总之，ENC0DE计划产生了许多令人惊讶的发现，对于人类自身的生存和发展具有重大的意义，为未来进一步认识整个人类基因组的功能蓝图开辟了道路。ENCODE计划破解人类疾病和生老病死之谜、解决人类健康问题 ，对生命科学的研究和生物产业的发展具有非常重要的意义，它为人类社会带来的巨大影响是不可估量的 。科学共 同体有必要重新考虑长期以来对于基因和基因组功能的认识，这将对与人类疾病相关的基因序列研究产生重大的影响。[1]