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基因组Jenga研究揭示了细胞中意外的基因联盟

2019-04-22 09:45:27 • 来源：

为了理解细胞是如何起作用的，生物学家喜欢把它分开。通过从不同组合的细胞中去除基因，研究人员现在发现了不同的基因如何协同工作以保持细胞存活。该研究将帮助科学家了解多种基因的缺陷如何结合起来驱动癌症或心脏病等常见疾病。

基因组Jenga研究揭示了细胞中意外的基因联盟

由多伦多唐纳利中心教授，布伦达安德鲁斯，大学教授兼唐纳利中心主任，明尼苏达州明尼苏达大学双子城教授查德迈尔斯教授查尔斯布恩领导，这项研究建立在团队之上以前的工作展示了基因如何成对结合以支持细胞的健康。更进一步，这项新研究首次检验了包含三个基因的高阶基因组合如何帮助维持正常的细胞生理学，正如科学中所揭示的那样。

布恩和安德鲁斯也是加拿大高等研究院(CIFAR)的T of the Molecular Genetics和高级研究员的教授，而迈尔斯是CIFAR的研究员。

“人们越来越认识到基因之间的相互作用可以驱动遗传性疾病的易感性，这就是为什么我们必须了解这些遗传相互作用的一般原理，”布恩说。

这非常类似于Jenga的巨型游戏，可以移除数千个基因块。虽然可以在不损害结构的情况下取出大多数单个块，但是当移除块的关键组合时，系统会崩溃。类似地，具有不同作用的基因可以组合以保持细胞存活。通过取消这种基因联盟，科学家希望揭示有关个人健康基础的线索。

从基因组测序研究中可以清楚地看出，每个人携带数以千计的遗传变异 - 基因DNA序列的差异 - 这可能会影响我们的健康。然而，这些研究没有统计学力量来预测一个人的疾病风险，因为他们独特的遗传变异组合。这对于寻求使用基因组信息来预测疾病风险和定制治疗的个性化医疗构成了主要障碍。

为了揭示组合基因功能的规则，该团队先前研究了基因如何成对地在酵母细胞中发挥作用。酵母是生物学家最喜欢的细胞模型之一，因为它的基因组相对较少，包含6,000个基因和已有的大量数据。之前从酵母中移除了所有可能的基因对 - 其中1800万个 - 该团队现在更进一步检查当您移除360亿个可能的三基因组合的子集时会发生什么。

他们发现，类似于两个基因之间的相互作用，三基因相互作用也主要发生在功能相关的基因之间 - 例如，它们编码属于同一分子机器的部分或存在于细胞的相同部分。但是，通过三基因相互作用，研究人员也开始在具有不相关功能的基因之间看到更令人惊讶的伙伴关系，并参与细胞中不同的生物过程。

“研究遗传网络可以让你了解基因是如何相互联系的，生物过程如何相互交流以及细胞如何处理多个基因的扰动，”该论文的第一作者，以及布恩的一名研究生Elena Kuzmin说。该实验室现在是蒙特利尔麦吉尔大学的博士后研究员。“你可以全面了解细胞，”她说。

此外，使用数学模型，研究人员估计，当考虑三基因相互作用时，细胞中的所有基因都可以发挥作用。这最终可以解释为什么只有十分之一酵母的6,000个基因对细胞存活至关重要，这一规则适用于其他细胞类型，包括人类细胞。

由于基因编辑的最新进展，现在可以从人类细胞中去除基因组合，Boone和Andrews实验室目前正在与Donnelly中心的Jason Moffat小组合作，以绘制疾病基因之间的关系。

“我们的酵母工作展示了多个基因的突变如何结合起来产生意想不到的效果，并为更复杂的细胞和生物(包括人类)中的遗传相互作用提供了路线图。”安德鲁斯说。“确定共同作用的基因组合，以巩固强大的生物系统，对于解读其崩溃成疾病状态的问题非常重要。”

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