Mapa orientačních bodů odhaluje genetické propojení buněčného života

Petr Kulhánek - Věda za každodenními jevy | Neurazitelny.cz | Večery na FF UK (Březen 2019).

Anonim

Vědci z Donnellyho centra v Torontu na univerzitě vytvořili první mapu, která ukazuje globální síť genetické interakce buňky. Začíná vysvětlovat, jak se tisíce genů navzájem sladí a orchestrují celulární život.

Studie byla vedena profesorem T profesorů Brendou Andrewsem a Charlem Booneem a profesorem Chadem Myersem z University of Minnesota-Twin City. Otevírá dveře novému způsobu zkoumání toho, jak geny přispívají k onemocnění s potenciálem pro vývoj jemně laděných terapií. Závěry jsou zveřejněny v časopise Science.

"Vytvořili jsme referenční příručku, jak mapovat genetické interakce v buňce, " řekl Michael Costanzo, výzkumný pracovník v laboratoři Boone a jeden z vědců, kteří vedli studii. "Teď můžeme říci, jaké vlastnosti bychom měli hledat při hledání vysoce spojených genů v lidských genetických sítích, které by mohly mít vliv na genetické onemocnění."

Studie trvala 15 let a doplnila Andrewsovo bohaté vědecké dědictví, za které získala společníka kanadského řádu.

Stejně jako organizace ve světě jsou organizovány ze zemí do místních komunit, geny v buňkách pracují v hierarchických sítích, aby organizovaly celulární život. Vědci se domnívají, že pokud chceme pochopit, co dělají 20 000 lidských genů, musíme nejprve zjistit, jak jsou navzájem propojeny.

Studie v kvasinkových buňkách nejprve ukázaly, že je třeba hledat dále než individuální účinek genu, aby se porozuměla jeho roli. Se 6 000 geny, z nichž mnohé se také nacházejí u lidí, jsou kvasinkové buňky relativně jednoduchými, ale silnými stand-iny pro lidské buňky.

Před více než deseti lety, mezinárodní konsorcium vědců nejprve odstranilo každý gen kvasinek, jeden po druhém. Překvapilo se, že jen jeden z pěti je nezbytný k přežití. Teprve v loňském roce pokroky ve vývoji genů umožnily vědcům řešit ekvivalentní otázky v lidských buňkách. Odhalila stejnou odpověď: pouhá frakce genů je nezbytná také v lidských buňkách.

Tato zjištění naznačují, že většina genů je "pufrována" pro ochranu buněk před mutacemi a stresy životního prostředí. Abychom pochopili, jak funguje toto ustálení, vědci museli se zeptat, zda buňky mohou přežít při ztrátě více než jednoho genu najednou a museli testovat miliony párů genů.

Andrews, Boone a Myers vedli průkopnickou práci v kvasinkových buňkách vymazáním dvou genů najednou v kombinaci párů. Pokoušeli se hledat páry genů, které jsou nezbytné pro přežití. To vyžadovalo vlastní roboty a nejmodernější automatizované potrubí, které by analyzovalo téměř všech 18 milionů různých kombinací.

Mapa kvasinek identifikovala geny, které spolupracují v buňce. Ukazuje, že pokud dojde ke ztrátě funkce genu, existuje další gen v genomu, který plní svou roli. Zvažte analogickou podobu jízdních kol: kolo je podobné esenciálnímu genu - bez něj byste nemohli jet na kole. Ale přední brzdy? No, dokud budou fungovat zadní brzdy, můžete se dostat dovnitř. Ale pokud byste ztratili obě sady brzd, míříte do problémů.

Genetici říkají, že přední a zadní brzdy jsou "syntetické letální", což znamená, že ztrácí obě - ​​ale ne jedno - kouzla doom. Syntetické letální páry genů jsou relativně vzácné, ale protože mají tendenci řídit stejný proces v buňce, odhalují důležité informace o genech, o kterých moc nevíme. Například vědci mohou předpovídat, co neprokázaný gen dělá v buňce jednoduše na základě genetických interakčních vzorců.

Stále více je zřejmé, že lidské geny mají také jedno nebo více funkčních záloh. Vědci proto věří, že namísto hledání jednotlivých genů, které jsou základem onemocnění, bychom měli hledat páry genů. To je obrovská výzva, protože to znamená vyšetření asi 200 milionů možných genových párů v lidském genomu za to, že jsou spojeny s onemocněním.

Naštěstí s vědomím z mapy kvasinek mohou vědci nyní začít mapovat genetické interakce v lidských buňkách a dokonce je rozšiřovat na různé typy buněk. Spolu s celo genomovými sekvencemi a zdravotními parametry měřenými novými osobními zařízeními by mělo být konečně možné nalézt kombinace genů, které jsou základem lidské fyziologie a nemoci.

"Bez našeho dlouholetého rozboru genetické sítě s kvasinkami byste nevěděli, do jaké míry genetické interakce pohání buněčný život nebo jak začít mapovat globální genetickou síť v lidských buňkách, " řekl Boone, který je také profesorem U oddělení molekulární genetiky T a spoluřešitelem programu Genetic Networks na Kanadském institutu pro pokročilé výzkumy (CIFAR) a vede kanadský výzkumný senát v oblasti proteomiky, bioinformatiky a funkční genomiky. Testovali jsme metodu na dokončení v modelovém systému, abychom poskytli důkaz principu, jak tento problém řešit v lidských buňkách. Není pochyb o tom, že bude fungovat a získávat spoustu nových informací. "

Koncept syntetické letality již mění léčbu rakoviny kvůli jejímu potenciálu identifikovat lékové cíle, které existují pouze v nádorových buňkách. Rakovinné buňky se liší od normálních buněk tím, že mají zakódované genomy poseté mutacemi. Jsou jako kolo bez soustavy brzd. Pokud by vědci mohli nalézt vysoce zranitelné zálohovací geny v rakovině, mohli by se zaměřit na ně specifické léky, aby zničily pouze buňky, které jsou nemocné, a zůstávají zdravé nedotčené.

menu
menu