Lo studio usa il lievito del panettiere per mostrare come i geni interagiscono per influenzare un risultato cellulare sorprendente

La maggior parte delle malattie sono complesse--causato dalle faglie in geni multipli--ma studiando come le combinazioni di tratti cellulari di influenza genetica differente di varianti è provocatorie. Un nuovo studio dal gruppo di Frederick Roth, fuori oggi nei sistemi delle cellule del giornale, usa il lievito del panettiere come sistema-modello per dimostrare un nuovo approccio per capire come i geni possono interagire nei modi inattesi.

Ricerca precedente in celle di lievito dai gruppi del centro di Donnelly rivelarici come i geni interagiscono nelle paia e nelle combinazioni di threes, considerando quasi tutti e 6.000 i geni nel genoma di lievito.

Ora Roth, un professore della genetica molecolare e l'informatica nel Donnelly concentrano per la ricerca cellulare e biomolecolare e uno scienziato senior all'istituto di ricerca di Lunenfeld-Tanenbaum al sistema di salubrità del Sinai a Toronto, hanno voluto catturare questo ulteriore e studiare come i più grandi gruppi di geni funzionano insieme.

Ha deciso di mettere a fuoco su un gruppo di 16 geni che codificano le proteine conosciute come i trasportatori di ABC che tossine e spreco della pompa fuori dalle celle. I trasportatori di ABC sono trovati sulla superficie delle cellule e sono implicati nella farmacoresistenza.

I trasportatori di ABC sono un modo chiave pompare le piccole molecole dalla cella. Sono una sorgente importante della resistenza alle droghe di cancro ed anche di resistenza a antibiotici in batteri ed in funghi.„

Frederick Roth, professore della genetica molecolare e dell'informatica, centro di Donnelly, università di Toronto

Il gruppo di Roth ha sviluppato una strategia generale, un'analisi genetica del X-gene, o XGA, per la comprensione dell'impatto di perturbazione delle molte combinazioni differenti del gene. Per dimostrare l'approccio, hanno costruito più di 5000 sforzi del lievito, ciascuno che manca di un sottoinsieme casuale di 16 geni del trasportatore di ABC ed hanno verificato la capacità di ogni sforzo di svilupparsi una volta esposti ad un comitato di 16 droghe differenti.

I trasportatori sono ciascuno di ABC capaci di sbarazzamento delle celle da un sottoinsieme specifico delle molecole nocive. Per tutta la droga data, quindi è stato preveduto che tramortire i trasportatori di ABC non facesse niente o rendesse il lievito più sensibile a quella droga. Nel caso di fluconazole, un farmaco antifungoso di prima linea, cancellante il gene PDR5 ha reso le celle altamente sensibili a fluconazole. Ciò è stata preveduta poichè il trasportatore PDR5 fosse conosciuto per pompare fuori il fluconazole.

Ma in alcuni casi, la rimozione di un trasportatore ha migliorato piuttosto di quanto diminuito la resistenza delle cellule alla droga. Per esempio, quando il gene SNQ2 è stato cancellato, le celle diventano più resistenti a fluconazole. Ancor più sorprendenti, c'erano esempi dove eliminando i più grandi insiemi dei trasportatori hanno avuti un effetto sinergico, piombo alle celle iper-droga-resistenti.

Mentre i ricercatori hanno cominciato ad eliminare determinati geni del trasportatore dal lievito, le celle si sono sviluppate migliori finché lo sforzo che manca di quattro geni non si sviluppasse due volte più veloce dello sforzo “sano„ che contiene tutti i geni. Quando l'esportatore conosciuto del fluconazole, PDR5, è stato eliminato, le celle ancora una volta sono diventato sensibili a fluconazole, suggerente che questi quattro trasportatori “stiano mettendo normalmente i freni„ su PDR5, di modo che la sua attività va su come più di questi geni sono cancellati. Tuttavia, come questo accade non era chiaro.

Sulla base di tutto conosciuto circa questi geni, Albi Celaj, un collega postdottorale in laboratorio e un autore principale sul documento, hanno sviluppato “una rappresentazione di modello di calcolo della rete neurale„ che i quattro geni possono reprimere PDR5 in almeno due modi diversi. Il gruppo di Roth, in collaborazione con il gruppo di Igor Stagljar, anche un professore al centro di Donnelly, ha confermato questo modello. Hanno indicato che i quattro geni serviscono entrambi per ammortizzare giù la quantità di trasportatore PDR5 che è prodotta dalla cella e che i trasportatori SNQ2 e YOR1 possono direttamente legare a PDR5, offrente ad un potenziale meccanismo diretto per repressione di attività del trasportatore PDR5.

“Abbiamo saputo prima che da quello PDR5 è la pompa principale del deflusso per fluconazole,„ dice Roth. “Ma ora abbiamo scoperto questa storia del cinque-gene dove dobbiamo cancellare quattro geni per raggiungere la resistenza massima ma cancellare un quinto gene [PDR5] completamente inverte questo effetto.„

Roth spera che altri gruppi egualmente usino la strategia di XGA, che può applicarsi ad altri insiemi dei geni e potenzialmente delle cellule umane, per provare e prendere in giro a parte altre combinazioni complicate di effetti genetici.

Così come la fornitura delle visioni nuove delle interazioni di ordine superiore del gene, i risultati egualmente rivelano i meccanismi molecolari da cui le celle possono guadagnare la farmacoresistenza con le implicazioni per lo sviluppo di nuovi trattamenti.

Questo lavoro fatto era in collaborazione con Nozomu Yachie, un professore associato al centro di ricerca per scienza e tecnologia avanzata dell'università di 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.