多倫多大學(xué)唐納利中心的研究人員創(chuàng)建了第一張顯示細(xì)胞全球遺傳相互作用網(wǎng)絡(luò)的地圖。它開始解釋成千上萬(wàn)的基因如何相互協(xié)調(diào)以協(xié)調(diào)細(xì)胞生命。該研究由明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城市的T教授布倫達(dá)安德魯斯和查爾斯布恩以及查德邁爾斯教授領(lǐng)導(dǎo)。它為探索基因如何導(dǎo)致疾病的新方式打開了大門，并有可能開發(fā)出精細(xì)調(diào)整的療法。研究結(jié)果發(fā)表在“ 科學(xué) ”雜志上。

“我們已經(jīng)為如何繪制細(xì)胞中遺傳相互作用的參考指南創(chuàng)建了一個(gè)參考指南，”Boone實(shí)驗(yàn)室的研究助理邁克爾科斯坦佐說(shuō)，他是該研究的先驅(qū)之一。“我們現(xiàn)在可以告訴人們尋找具有潛在影響遺傳疾病的人類遺傳網(wǎng)絡(luò)中高度連接基因的特性。”

這項(xiàng)研究用了15年時(shí)間才完成，并增加了安德魯斯豐富的科學(xué)遺產(chǎn)，并因此被授予加拿大勛章。

就像世界上的社會(huì)是從國(guó)家組織到當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)一樣，細(xì)胞中的基因在分層網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)作以組織細(xì)胞生命。研究人員認(rèn)為，如果我們要了解20,000 個(gè)人類基因的作用，我們必須首先了解它們是如何相互聯(lián)系的。

對(duì)酵母細(xì)胞的研究首先表明，需要比基因的個(gè)體效應(yīng)看得更遠(yuǎn)才能理解它的作用。有6,000個(gè)基因，其中許多也存在于人類中，酵母細(xì)胞是一種相對(duì)簡(jiǎn)單但有效的人體細(xì)胞替代品。

十多年前，一個(gè)國(guó)際科學(xué)家聯(lián)盟首先逐一刪除了每個(gè)酵母基因。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，只有五分之一的人對(duì)生存至關(guān)重要。直到去年，基因編輯技術(shù)的進(jìn)步才使科學(xué)家們能夠解決人體細(xì)胞中的同等問(wèn)題。它揭示了相同的答案：只有一小部分基因在人體細(xì)胞中也是必不可少的。

這些發(fā)現(xiàn)表明大多數(shù)基因被“緩沖”以保護(hù)細(xì)胞免受突變和環(huán)境壓力。為了理解這種緩沖是如何起作用的，科學(xué)家不得不問(wèn)一下，一旦失去一個(gè)以上的基因，細(xì)胞是否可以存活，而且他們必須測(cè)試數(shù)百萬(wàn)個(gè)基因?qū)Α?/p>

安德魯斯，布恩和邁爾斯通過(guò)成對(duì)組合中一次刪除兩個(gè)基因，領(lǐng)導(dǎo)了酵母細(xì)胞的開創(chuàng)性工作。他們?cè)噲D尋找對(duì)生存至關(guān)重要的基因?qū)?。這需要定制的機(jī)器人和最先進(jìn)的自動(dòng)化管道來(lái)分析幾乎所有令人興奮的1800萬(wàn)種不同組合。

酵母圖譜確定了在細(xì)胞中協(xié)同作用的基因。它表明，如果遺傳基因功能，基因組中還有另一個(gè)基因來(lái)填補(bǔ)它的作用。考慮一個(gè)自行車類比：一個(gè)輪子類似于一個(gè)必不可少的基因 - 沒(méi)有它，你就無(wú)法騎自行車。但前剎車?好吧，只要后制動(dòng)器正常工作，你就可以順利完成。但如果你失去了兩套制動(dòng)器，你就會(huì)遇到麻煩。

遺傳學(xué)家說(shuō)，前后制動(dòng)器是“合成致命的”，意味著失去兩個(gè) - 但不是一個(gè) - 法術(shù)厄運(yùn)。合成致死基因?qū)ο鄬?duì)較少，但由于它們傾向于控制細(xì)胞中的相同過(guò)程，因此它們揭示了關(guān)于我們不太了解的基因的重要信息。例如，科學(xué)家可以根據(jù)其遺傳相互作用模式預(yù)測(cè)未開發(fā)的基因在細(xì)胞中的作用。

人類基因也有一個(gè)或多個(gè)功能備份越來(lái)越清晰。所以研究人員認(rèn)為，我們應(yīng)該尋找基因?qū)?，而不是尋找潛在疾病的單一基因。這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗馕吨谌祟惢蚪M中檢查大約2億個(gè)可能與疾病相關(guān)的基因?qū)Α?/p>

幸運(yùn)的是，憑借酵母圖譜的專有技術(shù)，研究人員現(xiàn)在可以開始繪制人類細(xì)胞中的遺傳相互作用，甚至將其擴(kuò)展到不同的細(xì)胞類型。與通過(guò)新的個(gè)人設(shè)備測(cè)量的全基因組序列和健康參數(shù)一起，最終可能找到構(gòu)成人體生理學(xué)和疾病的基因的組合。

“如果沒(méi)有我們多年的酵母遺傳網(wǎng)絡(luò)分析，你就不會(huì)知道遺傳相互作用在多大程度上推動(dòng)細(xì)胞生命或如何開始在人類細(xì)胞中繪制全球遺傳網(wǎng)絡(luò)，”布恩說(shuō)，他也是一位教授。 T的分子遺傳學(xué)部門和加拿大高級(jí)研究所(CIFAR)遺傳網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目的聯(lián)合主任，并擔(dān)任加拿大蛋白質(zhì)組學(xué)，生物信息學(xué)和功能基因組學(xué)研究主席。我們已經(jīng)在模型系統(tǒng)中測(cè)試了完成方法，以提供如何在人體細(xì)胞中解決這個(gè)問(wèn)題的原理證明。毫無(wú)疑問(wèn)，它將起作用并產(chǎn)生大量新信息。“

合成致死性的概念已經(jīng)在改變癌癥治療，因?yàn)樗锌赡茏R(shí)別僅存在于腫瘤細(xì)胞中的藥物靶標(biāo)。癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的不同之處在于它們具有亂序的基因組，其中充滿了突變。它們就像一輛沒(méi)有剎車的自行車。如果科學(xué)家能夠在癌癥中發(fā)現(xiàn)高度脆弱的后備基因，他們就可以針對(duì)特定的藥物靶向它們，以便僅摧毀生病的細(xì)胞，使健康的細(xì)胞不受影響。