The Human జీనోమ్ Project revealed that ~1-2% of our జన్యువు 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 human health and diseases.
From the time the Human జీనోమ్ Project (HGP) was completed in April 20031, it was thought that by knowing the entire sequence of human genome which consists of 3 billion base pairs or ‘pair of letters’, జన్యువు will be an open book using which researchers would be able to pin point exactly how a complex organism as a human 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 human జన్యువు codes for functional proteins. The remaining 98-99% is referred to as ‘junk DNA’ or ‘dark విషయం’ which does not produce any of the functional proteins mentioned above and is carried as a ‘baggage’ every time a human being is born. In order to understand the role of the remaining 98-99% of the జన్యువు, ENCODE ( ENCyclopedia Of DNA Elements) project2 was launched in September 2003 by the National Human జీనోమ్ Research Institute (NHGRI).
The ENCODE project findings have revealed that majority of the dark విషయం’’ 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 human జన్యువు was known even before the launch of the Human జీనోమ్ Project in that ~8% of the human జన్యువు is derived from viral జన్యువులు embedded in our DNA as human endogenous retroviruses (HERVs)3. These HERVs have been implicated in providing innate immunity to humans 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 విషయం 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 విషయం’. Using జీనోమ్-wide association studies (GWAS), it has been identified that majority of the noncoding regions of DNA are associated with common diseases and traits4 మరియు ఈ ప్రాంతాల్లోని వైవిధ్యాలు క్యాన్సర్‌లు, గుండె జబ్బులు, మెదడు రుగ్మతలు, ఊబకాయం వంటి అనేక సంక్లిష్ట వ్యాధుల ప్రారంభ మరియు తీవ్రతను నియంత్రించడానికి పని చేస్తాయి.5,6. GWAS అధ్యయనాలు కూడా జన్యువులోని ఈ నాన్-కోడింగ్ DNA సీక్వెన్సులు నాన్-కోడింగ్ ఆర్‌ఎన్‌ఏలుగా లిప్యంతరీకరించబడతాయని (DNA నుండి RNA గా మార్చబడతాయి కానీ అనువదించబడలేదు) మరియు వాటి నియంత్రణ యొక్క గందరగోళం అవకలన వ్యాధికి కారణమయ్యే ప్రభావాలకు దారితీస్తుందని వెల్లడించింది.7. ఇది వ్యాధి అభివృద్ధిలో నియంత్రణ పాత్రను పోషించే నాన్-కోడింగ్ RNAల సామర్థ్యాన్ని సూచిస్తుంది8.
ఇంకా, డార్క్ మ్యాటర్‌లో కొంత భాగం నాన్-కోడింగ్ DNA వలె మిగిలిపోయింది మరియు నియంత్రణ పద్ధతిలో పెంచేవిగా పనిచేస్తాయి. పదం సూచించినట్లుగా, సెల్‌లోని నిర్దిష్ట ప్రోటీన్‌ల వ్యక్తీకరణను మెరుగుపరచడం (పెంచడం) ద్వారా ఈ పెంచేవారు పని చేస్తారు. DNA యొక్క నాన్-కోడింగ్ ప్రాంతం యొక్క పెంపొందించే ప్రభావాలు రోగులను సంక్లిష్ట స్వయం ప్రతిరక్షక మరియు తాపజనక ప్రేగు వ్యాధి వంటి అలెర్జీ వ్యాధులకు గురి చేసేటట్లు చేసే ఇటీవలి అధ్యయనంలో ఇది చూపబడింది.9,10, తద్వారా తాపజనక వ్యాధుల చికిత్స కోసం కొత్త సంభావ్య చికిత్సా లక్ష్యాన్ని గుర్తించడానికి దారి తీస్తుంది. 'డార్క్ మ్యాటర్'లో పెంచేవారు మెదడు అభివృద్ధిలో కూడా చిక్కుకున్నారు, ఇక్కడ ఎలుకలపై చేసిన అధ్యయనాలు ఈ ప్రాంతాలను తొలగించడం మెదడు అభివృద్ధిలో అసాధారణతలకు దారితీస్తుందని తేలింది.11,12. ఈ అధ్యయనాలు అల్జీమర్స్ మరియు పార్కిన్సన్స్ వంటి సంక్లిష్ట నాడీ సంబంధిత వ్యాధులను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి మాకు సహాయపడవచ్చు. బ్లడ్ క్యాన్సర్ల అభివృద్ధిలో 'డార్క్ మ్యాటర్' కూడా పాత్ర పోషిస్తుందని తేలింది13 దీర్ఘకాలిక మైలోసైటిక్ లుకేమియా (CML) మరియు క్రానిక్ లింఫోసైటిక్ లుకేమియా (CLL) వంటివి.
Thus, ‘dark matter’ represents an important part of the human జన్యువు than previously realised and has directly influences human health by playing a regulatory role in the development and onset of human diseases as described above.
అంటే మొత్తం 'డార్క్ మ్యాటర్' అనేది నాన్-కోడింగ్ RNAలలోకి లిప్యంతరీకరించబడుతుందా లేదా మానవులకు కలిగించే వివిధ వ్యాధులలో ప్రిడిపోజిషన్, ఆవిర్భావం మరియు వైవిధ్యాలతో సంబంధం ఉన్న నియంత్రణ మూలకాలుగా పని చేయడం ద్వారా నాన్-కోడింగ్ DNA వలె పెంచే పాత్రను పోషిస్తుందా? ఇప్పటి వరకు చేసిన అధ్యయనాలు రాబోయే సంవత్సరాల్లో ఇదే విధమైన పరిశోధనలకు బలమైన ప్రాధాన్యతను చూపుతాయి మరియు మొత్తం 'డార్క్ మ్యాటర్' యొక్క పనితీరును ఖచ్చితంగా వివరించడంలో మాకు సహాయపడతాయి, ఇది నివారణను కనుగొనే ఆశతో నవల లక్ష్యాలను గుర్తించడానికి దారి తీస్తుంది. మానవ జాతిని నిర్వీర్యం చేసే వ్యాధులు.
***
ప్రస్తావనలు:
1. “Human Genome Project Completion: Frequently Asked Questions”. National Human జీనోమ్ Research Institute (NHGRI). Available online at https://www.genome.gov/human-genome-project/Completion-FAQ 17 మే 2020న యాక్సెస్ చేయబడింది.
2. స్మిత్ డి., 2017. ది మిస్టీరియస్ 98%: శాస్త్రవేత్తలు 'డార్క్ జీనోమ్'పై కాంతిని ప్రకాశింపజేయాలని చూస్తున్నారు. ఆన్‌లైన్‌లో అందుబాటులో ఉంది https://phys.org/news/2017-02-mysterious-scientists-dark-genome.html 17 మే 2020న యాక్సెస్ చేయబడింది.
3. సోని ఆర్., 2020. మానవులు మరియు వైరస్‌లు: కోవిడ్-19 కోసం వారి సంక్లిష్ట సంబంధం మరియు చిక్కుల సంక్షిప్త చరిత్ర. సైంటిఫిక్ యూరోపియన్ 08 మే 2020న పోస్ట్ చేయబడింది. ఆన్‌లైన్‌లో ఇక్కడ అందుబాటులో ఉంది https://www.scientificeuropean.co.uk/humans-and-viruses-a-brief-history-of-their-complex-relationship-and-implications-for-COVID-19 18 మే 2020న యాక్సెస్ చేయబడింది.
4. మౌరానో MT, హంబర్ట్ R, రైన్స్ E, మరియు ఇతరులు. నియంత్రణ DNAలో సాధారణ వ్యాధి-సంబంధిత వైవిధ్యం యొక్క క్రమబద్ధమైన స్థానికీకరణ. సైన్స్. 2012 సెప్టెంబర్ 7;337(6099):1190-5. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1222794
5. ప్రచురించబడిన జీనోమ్-వైడ్ అసోసియేషన్ అధ్యయనాల కేటలాగ్. http://www.genome.gov/gwastudies.
6. హిండార్ఫ్ LA, సేతుపతి P, మరియు ఇతరులు 2009. మానవ వ్యాధులు మరియు లక్షణాల కోసం జన్యు-వ్యాప్త అసోసియేషన్ లొకి యొక్క సంభావ్య ఎటియోలాజిక్ మరియు ఫంక్షనల్ ఇంప్లికేషన్స్. Proc Natl Acad Sci US A. 2009, 106: 9362-9367. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0903103106
7. సెయింట్ లారెంట్ G, వ్యాట్కిన్ Y, మరియు కప్రానోవ్ P. డార్క్ మ్యాటర్ RNA జన్యు-వ్యాప్త అసోసియేషన్ అధ్యయనాల పజిల్‌ను ప్రకాశిస్తుంది. BMC మెడ్ 12, 97 (2014). DOI: https://doi.org/10.1186/1741-7015-12-97
8. మార్టిన్ L, చాంగ్ HY. మానవ వ్యాధిలో జెనోమిక్ "డార్క్ మ్యాటర్" పాత్రను వెలికితీయడం. J క్లిన్ ఇన్వెస్ట్. 2012;122 (5): 1589-1595. https://doi.org/10.1172/JCI60020
9. బాబ్రహం ఇన్స్టిట్యూట్ 2020. జన్యువులోని 'డార్క్ మ్యాటర్' ప్రాంతాలు తాపజనక వ్యాధులను ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయో వెలికితీస్తోంది. 13 మే, 2020న పోస్ట్ చేయబడింది. ఆన్‌లైన్‌లో ఇక్కడ అందుబాటులో ఉంది https://www.babraham.ac.uk/news/2020/05/uncovering-how-dark-matter-regions-genome-affect-inflammatory-diseases 14 మే 2020న యాక్సెస్ చేయబడింది.
10. నస్రల్లా, ఆర్., ఇమియానోవ్స్కీ, CJ, బోస్సిని-కాస్టిల్లో, ఎల్. మరియు ఇతరులు. 2020. రిస్క్ లోకస్ 11q13.5 వద్ద దూరాన్ని పెంచే సాధనం ట్రెగ్ కణాల ద్వారా పెద్దప్రేగు శోథను అణచివేయడాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది. ప్రకృతి (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2296-7
11. డికెల్, DE మరియు ఇతరులు. 2018. సాధారణ అభివృద్ధి కోసం అల్ట్రా సంరక్షించబడిన ఎన్‌హాన్సర్‌లు అవసరం. సెల్ 172, సంచిక 3, P491-499.E15, జనవరి 25, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.017
12. 'డార్క్ మ్యాటర్' DNA మెదడు అభివృద్ధి DOIని ప్రభావితం చేస్తుంది: https://doi.org/10.1038/d41586-018-00920-x
13. డార్క్-మేటర్ విషయాలు: చీకటి DNA DOIని ఉపయోగించి సూక్ష్మ రక్త క్యాన్సర్‌లను వివరించడం: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007332
***
