在一個前所未有的圖譜中，研究人員開始繪製基因在不同細胞中如何”開啟或關閉”，這是朝著更好地理解遺傳學和疾病之間的聯繫邁出的一步。 加州大學聖迭戈分校的研究人員為人類基因組製作了一個單細胞染色質圖譜。

染色質是真核細胞中發現的DNA和蛋白質等組成的復合體;在某些細胞核內，關鍵基因調控元素的染色質區域以開放的配置出現。 在不同人類組織類型的細胞中精確地劃定這些可訪問的染色質區域將是理解基因調控元素（非編碼DNA）在人類健康或疾病中的作用的重要一步。

這些發現於11月12日在線發表在《細胞》雜誌上。

對於科學家來說，人類基因組圖譜（ 常被稱為」生命之書” 大部分是未寫的。 雖然科學界對構建一個人所需的所有蛋白質編碼基因給出了一個著名的（近似）數位，即大約20000多個，但這一估計並沒有真正開始解釋構建過程究竟是如何運作的，或者在疾病的情況下，它可能出現問題。

表觀基因組學中心主任、加州大學聖迭戈分校醫學院細胞和分子醫學教授、加州大學聖迭戈分校路德維希癌症研究所成員任斌（音譯）博士說：”人類基因組在20年前被測序，但解釋這本生命之書的意義仍然具有挑戰性。 ”

“一個主要的原因是，人類DNA序列的大部分，超過98%，都是非蛋白質編碼的，我們還沒有一本遺傳密碼書來解開嵌入這些序列的資訊。”

填補空白的努力廣泛地體現在一項正在進行的國際努力中，即DNA元素百科全書（ENCODE），其中包括任斌及其同事的工作。 特別是，他們已經調查了染色質的作用和功能，染色質是DNA和蛋白質的複合體，在真核細胞的細胞核內形成染色體。

DNA攜帶著細胞的遺傳指令。 染色質中的主要蛋白質，稱為組蛋白，説明將DNA緊緊包裹在一個緊湊的形式中，以適應細胞核。 （每個細胞核中大約有6英尺的DNA）。 染色質如何捆綁DNA的變化與DNA複製和基因表達有關。

在對小鼠進行研究后，任兵和合作者將注意力轉向人類基因組中染色質的單細胞圖譜。

他們對來自多個捐贈者的30種成年人類組織類型的60多萬個人類細胞進行了檢測，然後將這些資訊與來自15種胎兒組織類型的類似數據結合起來，揭示了222種不同細胞類型中大約120萬個候選順式調控元素的染色質狀態。

研究報告的共同作者、加州大學聖迭戈分校表觀基因組學中心單細胞基因組學副主任Sebastian Preissl博士說：”最初的挑戰之一是為如此多樣的樣本類型確定最佳的實驗條件，特別是考慮到每種組織的獨特構成和對均質化的敏感性”，該中心是一個進行檢測的合作研究中心。

順式調控元件是非編碼DNA的區域，調節相鄰基因的轉錄（將一段DNA複製成RNA）。 轉錄是將遺傳信息轉化為行動的基本過程。

研究報告的共同作者、加州大學聖迭戈分校醫學院兒科系助理教授Kyle J. Gaulton博士說：”過去十年的研究已經確定，非編碼DNA的序列變異是人類群體中多基因性狀和疾病的一個關鍵驅動因素，如糖尿病、阿爾茨海默病和自身免疫性疾病。 ”

研究共同第一作者、細胞和分子醫學系博士後張凱說：”一個有助於解釋這些非編碼變體如何導致疾病的新範式認為，這些序列改變破壞了轉錄調控元件的功能，導致疾病相關細胞類型（如神經元、免疫細胞或上皮細胞）的基因表達失調。 然而，解開非編碼風險變體功能的一個主要障礙是人類基因組中缺乏細胞類型特異性的轉錄調控元件圖。 ”

任斌說，新的發現為240種多基因性狀和疾病確定了疾病特徵相關的細胞類型，並註釋了非編碼變體的風險。 “我們相信，這一資源將在未來許多年裡大大促進跨越廣泛的人類疾病的機制研究。”

Preissl說，染色質圖譜還將使科學界能夠揭開居住在多個組織中的細胞類型的組織環境特異性差異，如成纖維細胞、免疫細胞或內皮細胞。