Wissenschaftler kartieren alle Geninteraktionen von Säugetieren

Wissenschaftler kartieren alle Geninteraktionen von Säugetieren
Wissenschaftler kartieren alle Geninteraktionen von Säugetieren
Anonim

In einem der ersten Versuche dieser Art haben UCLA-Forscher Genomkarten von Säugetieren, einschließlich menschlicher Karten, einen Schritt weitergebracht, indem sie nicht nur die Reihenfolge zeigten, in der Gene in das Genom fallen, sondern auch, welche Gene tatsächlich interagieren.

Die in der August-Ausgabe der Zeitschrift Genome Research veröffentlichten Ergebnisse werden Forschern helfen, besser zu verstehen, welche Gene zusammenarbeiten, und Aufschluss darüber geben, wie sie zusammenarbeiten, um Zellen beim Gedeihen oder Absterben zu unterstützen.

Säugetiere, einschließlich Menschen, haben ungefähr 20.000 verschiedene Gene. Gene enth alten Anweisungen zur Herstellung von Proteinen, die nicht nur körperliche Eigenschaften wie das äußere Erscheinungsbild bestimmen, sondern alle körperlichen Prozesse, von der Bewegung des Blutes durch die Venen bis zur Stimulierung des Immunsystems, um einen Erkältungsvirus anzugreifen.Sie können auch entscheidend für die Entstehung von Krankheiten wie Krebs sein.

Jede Säugetierzelle enthält alle Gene, obwohl je nach Aktivität der Zelle nicht alle Gene aktiv sind. Die Gene treten nicht nur in Eins-zu-Eins-Wechselwirkungen ein, sondern schaffen auch breite Netzwerke, an denen Dutzende von Genen beteiligt sind. Bisher war wenig darüber bekannt, welche Gene bei Säugetieren am häufigsten zusammenarbeiten und welche Netzwerke sie bilden.

Für diese Studie verwendeten die UCLA-Wissenschaftler menschliche Strahlungs-Hybrid-Genomkarten, die vor einigen Jahren für das weltweite Human Genome Project entwickelt wurden, sowie mehrere andere Säugetier-Strahlungs-Hybrid-Karten für Hunde, Katzen und Mäuse.

Sie fanden erhebliche Überschneidungen und Gemeinsamkeiten zwischen Geninteraktionen und -netzwerken über alle vier Arten hinweg und erstellten so die ersten vollständigen und umfassenden genetischen Interaktionskarten für Säugetierzellen.

Frühere Forschungen hatten Interaktionen zwischen Proteinen kartiert, die durch Gene in Gang gesetzt werden, aber nicht die Gene selbst, die direktere und nahezu umfassendere Informationen über die Verbindungsstärke zwischen Genen liefern.Forscher sagen, dass dies ein wichtiger Schritt ist, um das Verständnis der Rolle zu fördern, die jedes Gen bei der Auslösung eines Prozesses oder einer Funktion im Körper spielt.

"Wir waren überrascht, dass das noch nie zuvor jemand gemacht hatte und dass es so gut funktionierte", sagte Studienautor Desmond Smith, Professor für molekulare und medizinische Pharmakologie an der David Geffen School of Medicine an der UCLA. „Die moderne Genomwissenschaft hat, obwohl sie noch in den Kinderschuhen steckt, enorme Mengen an Informationen angesammelt, die für die kommenden Jahrzehnte wiederverwendet werden können, um Erkenntnisse wie die unseren zu produzieren. Wir haben gerade erst an der Oberfläche gekratzt.“

Um die Wechselwirkungen zwischen den Genen zu untersuchen, testeten die Wissenschaftler statistisch, wie oft ein Gen mit einem anderen Gen in einer Zelle auftrat und welche am häufigsten zusammen auftraten.

Sie stellten fest, dass Gene, die häufig gleichzeitig in den Strahlungshybridzellen vorkommen, obwohl sie im Genom weit voneinander entfernt liegen, für biologische Wechselwirkungen zusammenkommen müssen.Sie fanden ein Netzwerk aus mehr als 7 Millionen Interaktionen, das im Wesentlichen alle Gene im Säugetiergenom umfasst.

Die neuen Erkenntnisse gehen über das bloße Verständnis hinaus, wo sich ein Gen befindet, basierend auf der DNA-Sequenzierung - also der Reihenfolge, in der sie sich in einer Zelle befinden.

"Aktuelle genetische Karten zeigen die Reihenfolge der Gene und wo sie sich physisch befinden, wie eine Straßenkarte von Häusern", sagte Smith. „Wir sind noch einen Schritt weiter gegangen und konnten kartieren, welche Gene interagieren, wenn sie ihr Zuhause verlassen und zur Arbeit gehen.“

"Wenn wir uns das Netzwerk von 'Freunden und Kollegen' eines Gens ansehen, können wir viel über seine Rolle und seinen Zweck sagen", sagte Studienautor Andy Lin, Postdoktorand am UCLA Department of Molecular and Medical Pharmakologie. "Die Kartierung von Geninteraktionen ist sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die klinische Forschung nützlich."

Laut den Forschern wurde festgestellt, dass einige Gene umfangreichere Wechselwirkungen aufweisen als andere, was hilfreich sein kann, um spezifische Wirkstoffziele zur Bekämpfung von Krankheiten wie Krebs zu finden.

Smith verglich die Gennetzwerke, die an der Verbreitung von Krankheiten beteiligt sind, mit der kriminellen Welt.

"Das am besten vernetzte Gen repräsentiert jemanden, der so mächtig ist wie Al Capone, der von seiner Gangsterbande umgeben ist. Wenn wir kein Medikament haben, das auf dieses Hauptgen abzielt, gibt es möglicherweise ein Medikament, das effektiv wirkt einen Stellvertreter auszusch alten und einen Flankenangriff zu starten, der die Aktionen des primären Gens lahmlegen würde."

Die Ergebnisse, sagten die Forscher, werden Forschern auf diesem Gebiet helfen.

"Die UCLA-Interaktionskarte ist eine wichtige Karte, die dazu beitragen wird, das Verständnis der Arbeitsbeziehungen zwischen Genen zu erweitern", sagte Tara C. Matise, außerordentliche Professorin in der Abteilung für Genetik an der Rutgers University und Direktorin des Labors of Computational Genetics, der nicht Teil der Studie war. „Je mehr Informationen wir über genetische Wechselwirkungen sammeln, desto effektiver können Wissenschaftler bei der Entwicklung von Laborforschung sein."

Nachdem die Forscher diese Wechselwirkungen kartiert haben, besteht der nächste Schritt darin, biologische Experimente durchzuführen, um diese Wechselwirkungen und die Zusammenarbeit der Gene besser zu verstehen.

Die Studie wurde durch einen Stein Oppenheimer Endowment Award finanziert.

Weitere Studienautoren waren Richard T. Wang und Christopher C. Park von der Abteilung für molekulare und medizinische Pharmakologie an der David Geffen School of Medicine an der UCLA und Sangtae Ahn vom Signal and Image Processing Institute an der University of Southern California.

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