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)建了一個參考指南，”Boone實驗室的研究助理邁克爾科斯坦佐說，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。”

這項研究用了15年時間才完成，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。

就像世界上的社會是從國家組織到當(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。

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

十多年前，一個國際科學(xué)家聯(lián)盟首先逐一刪除了每個酵母基因。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，只有五分之一的人對生存至關(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)家不得不問一下，一旦失去一個以上的基因，細(xì)胞是否可以存活，而且他們必須測試數(shù)百萬個基因?qū)Α?/p>

安德魯斯，布恩和邁爾斯通過成對組合中一次刪除兩個基因，領(lǐng)導(dǎo)了酵母細(xì)胞的開創(chuàng)性工作。他們試圖尋找對生存至關(guān)重要的基因?qū)Α＿@需要定制的機器人和最先進(jìn)的自動化管道來分析幾乎所有令人興奮的1800萬種不同組合。

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基因來填補它的作用?？紤]一個自行車類比：一個輪子類似于一個必不可少的基因 - 沒有它，你就無法騎自行車。但前剎車?好吧，只要后制動器正常工作，你就可以順利完成。但如果你失去了兩套制動器，你就會遇到麻煩。

遺傳學(xué)家說，前后制動器是“合成致命的”，意味著失去兩個 - 但不是一個 - 法術(shù)厄運。合成致死基因?qū)ο鄬^少，但由于它們傾向于控制細(xì)胞中的相同過程，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)測未開發(fā)的基因在細(xì)胞中的作用。

人類基因也有一個或多個功能備份越來越清晰。所以研究人員認(rèn)為，我們應(yīng)該尋找基因?qū)Γ皇菍ふ覞撛诩膊〉膯我换?。這是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為它意味著在人類基因組中檢查大約2億個可能與疾病相關(guān)的基因?qū)Α?/p>

幸運的是，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，甚至將其擴展到不同的細(xì)胞類型。與通過新的個人設(shè)備測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。

“如果沒有我們多年的酵母遺傳網(wǎng)絡(luò)分析，你就不會知道遺傳相互作用在多大程度上推動細(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，他也是一位教授。 T的分子遺傳學(xué)部門和加拿大高級研究所(CIFAR)遺傳網(wǎng)絡(luò)項目的聯(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)中測試了完成方法，以提供如何在人體細(xì)胞中解決這個問題的原理證明。毫無疑問，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，因為它有可能識別僅存在于腫瘤細(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。