地标地图揭示了细胞生命的基因布线

多伦多大学唐纳利中心的研究人员创建了第一张显示细胞全球遗传相互作用网络的地图。它开始解释成千上万的基因如何相互协调以协调细胞生命。该研究由明尼苏达大学双城市的T教授布伦达安德鲁斯和查尔斯布恩以及查德迈尔斯教授领导。它为探索基因如何导致疾病的新方式打开了大门，并有可能开发出精细调整的疗法。研究结果发表在“ 科学 ”杂志上。

“我们已经为如何绘制细胞中遗传相互作用的参考指南创建了一个参考指南，”Boone实验室的研究助理迈克尔科斯坦佐说，他是该研究的先驱之一。“我们现在可以告诉人们寻找具有潜在影响遗传疾病的人类遗传网络中高度连接基因的特性。”

这项研究用了15年时间才完成，并增加了安德鲁斯丰富的科学遗产，并因此被授予加拿大勋章。

就像世界上的社会是从国家组织到当地社区一样，细胞中的基因在分层网络中运作以组织细胞生命。研究人员认为，如果我们要了解20,000 个人类基因的作用，我们必须首先了解它们是如何相互联系的。

对酵母细胞的研究首先表明，需要比基因的个体效应看得更远才能理解它的作用。有6,000个基因，其中许多也存在于人类中，酵母细胞是一种相对简单但有效的人体细胞替代品。

十多年前，一个国际科学家联盟首先逐一删除了每个酵母基因。他们惊讶地发现，只有五分之一的人对生存至关重要。直到去年，基因编辑技术的进步才使科学家们能够解决人体细胞中的同等问题。它揭示了相同的答案：只有一小部分基因在人体细胞中也是必不可少的。

这些发现表明大多数基因被“缓冲”以保护细胞免受突变和环境压力。为了理解这种缓冲是如何起作用的，科学家不得不问一下，一旦失去一个以上的基因，细胞是否可以存活，而且他们必须测试数百万个基因对。

安德鲁斯，布恩和迈尔斯通过成对组合中一次删除两个基因，领导了酵母细胞的开创性工作。他们试图寻找对生存至关重要的基因对。这需要定制的机器人和最先进的自动化管道来分析几乎所有令人兴奋的1800万种不同组合。

酵母图谱确定了在细胞中协同作用的基因。它表明，如果遗传基因功能，基因组中还有另一个基因来填补它的作用。考虑一个自行车类比：一个轮子类似于一个必不可少的基因 - 没有它，你就无法骑自行车。但前刹车?好吧，只要后制动器正常工作，你就可以顺利完成。但如果你失去了两套制动器，你就会遇到麻烦。

遗传学家说，前后制动器是“合成致命的”，意味着失去两个 - 但不是一个 - 法术厄运。合成致死基因对相对较少，但由于它们倾向于控制细胞中的相同过程，因此它们揭示了关于我们不太了解的基因的重要信息。例如，科学家可以根据其遗传相互作用模式预测未开发的基因在细胞中的作用。

人类基因也有一个或多个功能备份越来越清晰。所以研究人员认为，我们应该寻找基因对，而不是寻找潜在疾病的单一基因。这是一个巨大的挑战，因为它意味着在人类基因组中检查大约2亿个可能与疾病相关的基因对。

幸运的是，凭借酵母图谱的专有技术，研究人员现在可以开始绘制人类细胞中的遗传相互作用，甚至将其扩展到不同的细胞类型。与通过新的个人设备测量的全基因组序列和健康参数一起，最终可能找到构成人体生理学和疾病的基因的组合。

“如果没有我们多年的酵母遗传网络分析，你就不会知道遗传相互作用在多大程度上推动细胞生命或如何开始在人类细胞中绘制全球遗传网络，”布恩说，他也是一位教授。 T的分子遗传学部门和加拿大高级研究所(CIFAR)遗传网络项目的联合主任，并担任加拿大蛋白质组学，生物信息学和功能基因组学研究主席。我们已经在模型系统中测试了完成方法，以提供如何在人体细胞中解决这个问题的原理证明。毫无疑问，它将起作用并产生大量新信息。“

合成致死性的概念已经在改变癌症治疗，因为它有可能识别仅存在于肿瘤细胞中的药物靶标。癌细胞与正常细胞的不同之处在于它们具有乱序的基因组，其中充满了突变。它们就像一辆没有刹车的自行车。如果科学家能够在癌症中发现高度脆弱的后备基因，他们就可以针对特定的药物靶向它们，以便仅摧毁生病的细胞，使健康的细胞不受影响。