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细胞对环境变化的适应能力比以前想象的要强,细胞怎么感觉环境变化和迅速反应

作者:利哥 下载:word格式

多伦多的研究人员发现,细胞对环境适应的能力比先前所认为的要强。这一发现将使科学家们能够在寻求更好地理解细胞功能和开发新的诊断和疗法的同时,将药物或突变对实验室环境中细胞生长的影响的观察转化为事实。

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Credit: Michael Costanzo

该报告说贝克家酵母细胞使用相同的基因相互作用网络来协调细胞生长以适应各种不同的环境。

多伦多大学唐纳利细胞和生物分子研究中心的教授布兰达·安德鲁斯说:“我们想以一种不带偏见的方式测试模型细胞的参考遗传网络在不同环境中的变化。”

研究人员分子遗传学教授、唐纳利中心临时主任查尔斯布恩和明尼苏达双子市大学计算机科学教授查德迈尔斯说:“我们发现这个网络具有很强的弹性,并且大体保持不变,这意味着一个单一的参考条件为我们提供了一个几乎完整的细胞分子布线的视图。”

这项研究建立在他们之前在2016年《科学》期刊发表的研究基础上。研究确定了所有酵母菌的6000条基因是如何形成90万个相互作用网络的。酵母细胞类似于人细胞但是,由于基因组较小,以及成熟的基因操纵技术,它们更易于研究,这也是为什么科学家们一直把它们作为研究生命的分子基础的研究模型的原因。

全球酵母遗传网络作为任何细胞唯一的全基因组遗传互作图,是一种独特的参考资源。基因之间的联系为它们的功能提供了线索,它们也可以揭示突变是如何结合在一起产生疾病背后的细胞缺陷的。此外,一个可靠的参考地图也是确定最佳基因治疗目标的关键。

然而,人们担心,基因可能会根据细胞的环境改变其相互作用的伴侣,这将使事情复杂化,因为这意味着分子连线是动态的,就像一个移动的目标。

“我们的参考地图是根据在标准实验室条件下收集的数据构建的,”MichaelCostanzo说,他是布恩和安德鲁斯实验室的高级研究员,也是论文的共同作者之一。

“如果你改变条件,可能会导致网络的大规模重新布线。”

另一些人报告说,环境有能力重新连接参与特定细胞过程(如DNA修复)的特定基因群内的连接,但尚未系统地评估其对整个基因组的影响。

如果缺少这两种基因的细胞生长得更好或更差,那么两种基因就会发生相互作用。所有可能的两两交互作用的测试导致了参考地图的创建,花费了15年的时间,花费了数千万美元的研究资金。由于在多种条件下不可能复制这种力量,研究人员选择了一组具有代表性的基因,这些基因涵盖了所有主要的生物过程。总共,在14种不同环境下测试了30 000种全基因组相互作用,包括替代食物来源、渗透压以及各种药物。

绝大多数--超过90%--最初在参考图中确定的交互作用在所有条件下仍然存在。只有7%的交互是新颖的,这意味着它们是第一次被检测到,并且只在某些环境中被检测到。这些新的相互作用通常发生在参与不同细胞过程的基因之间,表明外部刺激有能力建立更远的遗传联系。

安德鲁斯说:“我们的研究告诉我们,参考地图是有用的,但它们也强调,在经过修改的条件下,让你睁大眼睛寻找一些罕见但新的联系,可能会让我们进入全新的领域。”

该小组,正在努力创建第一张人类参考地图--鉴于人类数量更多,这是一项艰巨的任务。基因(大约20 000人)和他们之间的2亿可能的相互作用。但研究人员说,根据他们的酵母工作,他们可以相信,人类地图将同样捕捉到基本生物学,而不管变量,如细胞类型或生长条件。

“人们一直担心,不同的人类细胞系之间存在太多的变异,以至于无法准确预测药物的作用,”论文联席负责人、唐纳利博士后研究员、即将在斯特拉斯堡法国国家科学研究中心(France National Centre For Science Research)创办自己实验室的侯景厚(音译)说。

“如果我们知道全球人类网络是稳定的,我们就可以对我们所看到的相互作用充满信心,并根据我们的酵母数据进行广泛的分析。不同环境我们预计情况会是这样,“她说。


更多内容:"Environmental robustness of the global yeast genetic interaction network" Science (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.abf8424

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