L'étude emploie la levure du boulanger pour montrer comment les gènes agissent l'un sur l'autre pour influencer des résultats cellulaires étonnants

La plupart des maladies sont complexes--entraîné par des erreurs en familles multigéniques--mais étudiant comment les combinaisons des traits cellulaires d'affect différent de variants génétiques est provocante. Une étude neuve d'équipe de Frederick Roth, à l'extérieur aujourd'hui dans les systèmes de cellules de tourillon, emploie la levure du boulanger comme système modèle pour expliquer une approche neuve pour comprendre comment les gènes peuvent agir l'un sur l'autre des voies inattendues.

Recherche précédente en cellules de levure par des équipes de centre de Donnelly indiquées comment les gènes agissent l'un sur l'autre dans les paires et dans les combinaisons des threes, tenant compte de presque chacun des 6.000 gènes dans le génome de levure.

Maintenant Roth, un professeur de génétique moléculaire et de l'informatique au centre de Donnelly pour la recherche cellulaire et biomoléculaire et un scientifique supérieur à l'institut de recherches de Lunenfeld-Tanenbaum au système de santé de Sinai à Toronto, a voulu prendre cet autre et vérifier comment de plus grands groupes de gènes fonctionnent ensemble.

Il a décidé de se concentrer sur un groupe de 16 gènes qui codent des protéines connues sous le nom de tambours de chalut d'ABC que des toxines et des rebuts de pompe à l'extérieur des cellules. Des tambours de chalut d'ABC sont trouvés sur la surface des cellules et sont impliqués dans la résistance au médicament.

Les tambours de chalut d'ABC sont une voie principale de pomper des petites molécules hors de la cellule. Ils sont une source importante de résistance aux médicaments contre le cancer, et également de résistance aux antibiotiques dans les bactéries et les champignons. »

Frederick Roth, professeur de génétique moléculaire et de l'informatique, centre de Donnelly, université de Toronto

L'équipe de Roth a développé une stratégie générale, une analyse génétique de X-gène, ou un XGA, pour comprendre le choc de perturber beaucoup de différentes combinaisons de gène. Pour expliquer l'approche, ils ont conçu plus de 5000 tensions de levure, chacune manquant d'un sous-ensemble fait au hasard de 16 gènes de tambour de chalut d'ABC, et ont vérifié la capacité de chaque tension de se développer une fois exposés à une Commission de 16 médicaments différents.

Les tambours de chalut sont chacun d'ABC capables de débarrasser des cellules d'un sous-ensemble spécifique de molécules nuisibles. Pour n'importe quel médicament donné, on s'est pour cette raison attendu à ce qu'assommer des tambours de chalut d'ABC ne fasse rien ou rendrait la levure plus sensible à ce médicament. Dans le cas du fluconazole, un traitement antifongique de première ligne, effaçant le gène PDR5 a rendu des cellules extrêmement sensibles au fluconazole. C'était vu prévu que le tambour de chalut PDR5 soit connu pour pomper à l'extérieur le fluconazole.

Mais parfois, le démontage d'un tambour de chalut amélioré plutôt que réduit la résistance des cellules au médicament. Par exemple, quand le gène SNQ2 a été effacé, les cellules deviennent plus résistantes au fluconazole. Bien plus étonnant, il y avait des exemples où retirant de plus grands ensembles de tambours de chalut a eu un effet synergique, menant aux cellules hyper-médicament-résistantes.

Pendant que les chercheurs commençaient à retirer certains gènes de tambour de chalut de la levure, les cellules se sont développées meilleures jusqu'à ce que la tension manquant de quatre gènes se soit développée deux fois plus rapide que la tension « saine » contenant tous les gènes. Quand l'exportateur connu de fluconazole, PDR5, a été retiré, les cellules sont devenues de nouveau sensibles au fluconazole, proposant que ces quatre tambours de chalut normalement « mettent le brakes" sur PDR5, de sorte que son activité monte comme plus de ces gènes sont effacés. Cependant, comment ceci se produit n'était pas clair.

Basé sur tout connu au sujet de ces gènes, Albi Celaj, un boursier post-doctoral dans le laboratoire et un auteur important sur le papier, ont développé une apparence modèle de calcul de « réseau neuronal » que les quatre gènes peuvent réprimer PDR5 au moins de deux voies différentes. L'équipe de Roth, en collaboration avec l'équipe d'Igor Stagljar, aussi un professeur au centre de Donnelly, a confirmé ce modèle. Ils ont prouvé que les quatre gènes servent les deux pour mouiller en bas de la quantité du tambour de chalut PDR5 qui est produit par la cellule, et qui les tambours de chalut SNQ2 et YOR1 peuvent directement gripper à PDR5, offrant à un potentiel le mécanisme direct pour la répression de l'activité du tambour de chalut PDR5.

« Nous avons su avant que de celui PDR5 est la pompe principale de flux pour le fluconazole, » dit Roth. « Mais maintenant nous avons découvert cette histoire de cinq-gène où nous devons effacer quatre gènes pour réaliser la résistance maximum mais effacer un cinquième gène [PDR5] renverse totalement cet effet. »

Roth espère que d'autres groupes se serviront également de la stratégie de XGA, qui peut être appliquée à d'autres ensembles de gènes et potentiellement de cellules humaines, pour essayer et taquiner à part d'autres combinaisons compliquées des effets génétiques.

Aussi bien que fournir des aperçus neufs des interactions évoluées de gène, les découvertes indiquent également les mécanismes moléculaires par lesquels les cellules peuvent gagner la résistance au médicament avec des implications pour le développement des demandes de règlement neuves.

Ce travail effectué était en collaboration avec Nozomu Yachie, un professeur agrégé au centre de recherche pour la science et technologie avancée de l'université de Tokyo.

Source:
Journal reference:

Celaj, A., et al. (2019) Highly Combinatorial Genetic Interaction Analysis Reveals a Multi-Drug Transporter Influence Network. Cell Systems. doi.org/10.1016/j.cels.2019.09.009.