Создана подробная карта, отражающая сложные взаимодействия генов человека
Генные сети – это молекулярно-генетические системы, обеспечивающие формирование фенотипических характеристик организмов (молекулярных, биохимических, структурных, морфологических, поведенческих и т.д.) на основе информации, закодированной в их геномах. Реконструкция генных сетей – неотъемлемый этап исследования сложных молекулярно-генетических систем и процессов.
До настоящего времени генные сети составлялись, в основном, для организмов с относительно просто организованным геномом, например, для дрожжей S. сerevisiae. Ученые из Калифорнийского университета разработали новую платформу для крупномасштабного количественного картирования генных сетей человека. Авторы использовали CRISPR-интерференцию для последовательной инактивации пар генов в опухолевых линиях клеток (хронической миелоидной лейкемии и острого лимфобластного лейкоза). В результате была получена карта, включающая 111628 парных взаимодействий генов. Анализ данной карты позволил распределить 472 гена по группам, основываясь на их кооперации друг с другом с целью выполнения тех или иных биологических функций.
Исследователи отмечают, что полученная карта отражает 80% известных функциональных взаимодействий включенных в нее генов. Более того, с помощью этой карты ученым удалось обнаружить новые, неописанные прежде, взаимосвязи между известными метаболическими путями. Авторы рассматривали гены, которые, как считалось ранее, не связаны друг с другом напрямую, однако их продукты участвуют в одних и тех же биологических процессах в клетке. Исследователи сосредоточились на поиске так называемых летальных синтетических взаимодействий генов (synthetic sick/lethal (SSL) gene interactions), ведущих к прекращению функционирования клетки.
Так, летальным неожиданно оказалось взаимодействие гена Hus1, кодирующего компонент белкового комплекса контрольной точки (данный кольцевой тримерный комплекс, обозначаемый как 9-1-1, в состав которого входят также белки RAD9 и RAD1, накапливается на поврежденной одноцепочечной ДНК и привлекает серин/треонино-специфическую протеинкиназу ATR, которая активирует остановку клеточного цикла в данной контрольной точке) с геном FDPS, кодирующим ключевой фермент внутриклеточного мевалонатного пути синтеза холестерина – фарнезилдифосфат-синтетазу (FDPS). Было показано, что в клетках с нокаутированным FDPS начинал накапливаться изопентенил фосфат (интермедиат холестерола), что, в свою очередь, приводило к уменьшению концентрации дезоксинуклеотидов, ведущему к нарушению репликации ДНК и блокированию описанного взаимодействия ATR с комплексом 9-1-1. Таким образом, выживаемость клеток, нокаутных по FDPS, оказывалась в жесткой зависимости от корректной работы гена Hus1.
Кроме того, в ходе анализа полученной карты ученые обнаружили, что ген TMEM261, функции которого были достаточно плохо охарактеризованы ранее, ассоциирован с работой первого мембраносвязанного мульферментного комплекса дыхательной цепи переноса электронов - комплекса I. Было показано, что репрессия TMEM261 приводит к уменьшению количества АТФ в ходе аэробного окисления глюкозы, причем уменьшение концентрации АТФ было таким же, как и при блокировании генов, непосредственно регулирующих работу комплекса I.
Ученые отмечают, что составления подобных карт генных сетей может в дальнейшем помочь прояснить функции других мало изученных генов.
Большим преимуществом анализа генных сетей является масштабирование взаимосвязи «ген-признак». Дело в том, что, изучая отдельный ген, исследователь может получить информацию о белке, который кодируется данным геном, и, опираясь на роль данного белка в том или ином биологическом процессе, сделать вывод о функции изучаемого гена. Однако, так как в любом биологическом процессе принимает участие множество белков и, соответственно, множество генов, то при таком подходе бывает сложно оценить вклад данного гена в изучаемый биологический процесс. В свою очередь, карты, основанные на генных сетях, «работают» не с отдельными генами, а с группами генов, поэтому именно анализ карт генных сетей помогает разобраться, как группы генов, взаимодействуя, определяют работу целых белковых комплексов, клеточных органелл и сложных метаболических путей.
Получить скидку на генетические анализы