為了理解細(xì)胞是如何起作用的，生物學(xué)家喜歡把它分開(kāi)。通過(guò)從不同組合的細(xì)胞中去除基因，研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了不同的基因如何協(xié)同工作以保持細(xì)胞存活。該研究將幫助科學(xué)家了解多種基因的缺陷如何結(jié)合起來(lái)驅(qū)動(dòng)癌癥或心臟病等常見(jiàn)疾病。

由多倫多唐納利中心教授，布倫達(dá)安德魯斯，大學(xué)教授兼唐納利中心主任，明尼蘇達(dá)州明尼蘇達(dá)大學(xué)雙子城教授查德邁爾斯教授查爾斯布恩領(lǐng)導(dǎo)，這項(xiàng)研究建立在團(tuán)隊(duì)之上以前的工作展示了基因如何成對(duì)結(jié)合以支持細(xì)胞的健康。更進(jìn)一步，這項(xiàng)新研究首次檢驗(yàn)了包含三個(gè)基因的高階基因組合如何幫助維持正常的細(xì)胞生理學(xué)，正如科學(xué)中所揭示的那樣。

布恩和安德魯斯也是加拿大高等研究院(CIFAR)的T of the Molecular Genetics和高級(jí)研究員的教授，而邁爾斯是CIFAR的研究員。

“人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到基因之間的相互作用可以驅(qū)動(dòng)遺傳性疾病的易感性，這就是為什么我們必須了解這些遺傳相互作用的一般原理，”布恩說(shuō)。

這非常類似于Jenga的巨型游戲，可以移除數(shù)千個(gè)基因塊。雖然可以在不損害結(jié)構(gòu)的情況下取出大多數(shù)單個(gè)塊，但是當(dāng)移除塊的關(guān)鍵組合時(shí)，系統(tǒng)會(huì)崩潰。類似地，具有不同作用的基因可以組合以保持細(xì)胞存活。通過(guò)取消這種基因聯(lián)盟，科學(xué)家希望揭示有關(guān)個(gè)人健康基礎(chǔ)的線索。

從基因組測(cè)序研究中可以清楚地看出，每個(gè)人攜帶數(shù)以千計(jì)的遺傳變異 - 基因DNA序列的差異 - 這可能會(huì)影響我們的健康。然而，這些研究沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)力量來(lái)預(yù)測(cè)一個(gè)人的疾病風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗麄儶?dú)特的遺傳變異組合。這對(duì)于尋求使用基因組信息來(lái)預(yù)測(cè)疾病風(fēng)險(xiǎn)和定制治療的個(gè)性化醫(yī)療構(gòu)成了主要障礙。

為了揭示組合基因功能的規(guī)則，該團(tuán)隊(duì)先前研究了基因如何成對(duì)地在酵母細(xì)胞中發(fā)揮作用。酵母是生物學(xué)家最喜歡的細(xì)胞模型之一，因?yàn)樗幕蚪M相對(duì)較少，包含6,000個(gè)基因和已有的大量數(shù)據(jù)。之前從酵母中移除了所有可能的基因?qū)?- 其中1800萬(wàn)個(gè) - 該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在更進(jìn)一步檢查當(dāng)您移除360億個(gè)可能的三基因組合的子集時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

他們發(fā)現(xiàn)，類似于兩個(gè)基因之間的相互作用，三基因相互作用也主要發(fā)生在功能相關(guān)的基因之間 - 例如，它們編碼屬于同一分子機(jī)器的部分或存在于細(xì)胞的相同部分。但是，通過(guò)三基因相互作用，研究人員也開(kāi)始在具有不相關(guān)功能的基因之間看到更令人驚訝的伙伴關(guān)系，并參與細(xì)胞中不同的生物過(guò)程。

“研究遺傳網(wǎng)絡(luò)可以讓你了解基因是如何相互聯(lián)系的，生物過(guò)程如何相互交流以及細(xì)胞如何處理多個(gè)基因的擾動(dòng)，”該論文的第一作者，以及布恩的一名研究生Elena Kuzmin說(shuō)。該實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在是蒙特利爾麥吉爾大學(xué)的博士后研究員。“你可以全面了解細(xì)胞，”她說(shuō)。

此外，使用數(shù)學(xué)模型，研究人員估計(jì)，當(dāng)考慮三基因相互作用時(shí)，細(xì)胞中的所有基因都可以發(fā)揮作用。這最終可以解釋為什么只有十分之一酵母的6,000個(gè)基因?qū)?xì)胞存活至關(guān)重要，這一規(guī)則適用于其他細(xì)胞類型，包括人類細(xì)胞。

由于基因編輯的最新進(jìn)展，現(xiàn)在可以從人類細(xì)胞中去除基因組合，Boone和Andrews實(shí)驗(yàn)室目前正在與Donnelly中心的Jason Moffat小組合作，以繪制疾病基因之間的關(guān)系。

“我們的酵母工作展示了多個(gè)基因的突變?nèi)绾谓Y(jié)合起來(lái)產(chǎn)生意想不到的效果，并為更復(fù)雜的細(xì)胞和生物(包括人類)中的遺傳相互作用提供了路線圖。”安德魯斯說(shuō)。“確定共同作用的基因組合，以鞏固強(qiáng)大的生物系統(tǒng)，對(duì)于解讀其崩潰成疾病狀態(tài)的問(wèn)題非常重要。”