O estudo usa o fermento do padeiro para mostrar como os genes interagem para influenciar um resultado celular surpreendente

A maioria de doenças são complexas--causado por falhas em genes múltiplos--mas estudando como as combinações de traços celulares da influência genética diferente das variações são desafiantes. Um estudo novo da equipe de Frederick Roth, para fora hoje nos sistemas da pilha do jornal, usa o fermento do padeiro como um sistema modelo para demonstrar uma aproximação nova para compreender como os genes podem interagir em maneiras inesperadas.

Pesquisa precedente nas pilhas de fermento por equipes do centro de Donnelly reveladas como os genes interagem em pares e nas combinações de threes, levando em consideração quase todos os 6.000 genes no genoma de fermento.

Agora Roth, um professor da genética molecular e a informática no Donnelly centram-se para a pesquisa celular e biomolecular e um cientista superior no instituto de investigação de Lunenfeld-Tanenbaum no sistema da saúde de Sinai em Toronto, quiseram tomar este mais adicional e investigar como os grupos maiores de genes trabalham junto.

Decidiu centrar-se sobre um grupo de 16 genes que codificam as proteínas conhecidas como transportadores de ABC que toxinas e desperdício da bomba para fora das pilhas. Os transportadores de ABC são encontrados na superfície da pilha e implicados na resistência de droga.

Os transportadores de ABC são uma maneira chave de bombear moléculas pequenas fora da pilha. São uma fonte principal de resistência às drogas de cancro, e igualmente de resistência antibiótica nas bactérias e nos fungos.”

Frederick Roth, professor da genética molecular e da informática, centro de Donnelly, universidade de toronto

A equipe de Roth desenvolveu uma estratégia geral, uma análise genética do X-gene, ou XGA, para compreender o impacto de molestar muitas combinações diferentes do gene. Para demonstrar a aproximação, projectaram mais de 5000 tensões do fermento, cada um que falta um subconjunto aleatório de 16 genes do transportador de ABC, e testaram a capacidade de cada tensão para crescer quando expor a um painel de 16 drogas diferentes.

Os transportadores são cada um de ABC capazes de livrar pilhas de um subconjunto específico de moléculas prejudiciais. Para toda a droga dada, esperou-se conseqüentemente que bater para fora transportadores de ABC não faria nada nem faria o fermento mais sensível a essa droga. No caso do fluconazole, uma medicamentação antifungosa linha da frente, suprimindo do gene PDR5 fez pilhas altamente sensíveis ao fluconazole. Isto foi esperado dado que o transportador PDR5 está sabido para bombear para fora o fluconazole.

Mas em alguns casos, a remoção de um transportador aumentou um pouco do que reduzido a resistência das pilhas à droga. Por exemplo, quando o gene SNQ2 foi suprimido, as pilhas tornam-se mais resistentes ao fluconazole. Ainda mais surpreendente, havia os exemplos onde removendo os grupos maiores de transportadores teve um efeito sinérgico, conduzindo às pilhas hyper-droga-resistentes.

Enquanto os pesquisadores começaram a remover determinados genes do transportador do fermento, as pilhas cresceram melhores até que a tensão que falta quatro genes cresceu duas vezes mais rápida que a tensão “saudável” que contem todos os genes. Quando o exportador conhecido do fluconazole, PDR5, foi removido, as pilhas tornaram-se mais uma vez sensíveis ao fluconazole, sugerindo que estes quatro transportadores normalmente “pusessem os freios” sobre PDR5, de modo que sua actividade fosse acima como mais destes genes são suprimidas. Contudo, como este ocorre não era claro.

Baseado em tudo conhecido sobre estes genes, Alby Celaj, um companheiro pos-doctoral no laboratório e um autor principal no papel, desenvolveram “uma exibição modelo computacional da rede neural” que os quatro genes podem reprimir PDR5 pelo menos em duas maneiras diferentes. A equipe de Roth, em colaboração com a equipe de Igor Stagljar, também um professor no centro de Donnelly, confirmou este modelo. Mostraram que os quatro genes servem ambos para umedecer abaixo da quantidade do transportador PDR5 que são produzidos pela pilha, e que os transportadores SNQ2 e YOR1 podem directamente ligar a PDR5, oferecendo a um potencial o mecanismo directo para a repressão da actividade do transportador PDR5.

“Nós soubemos antes que daquele PDR5 é a bomba principal do eflúvio para o fluconazole,” diz Roth. “Mas agora nós descobrimos esta história do cinco-gene onde nós precisamos de suprimir de quatro genes para conseguir a resistência máxima mas suprimir de um quinto gene [PDR5] inverte totalmente este efeito.”

Roth espera que outros grupos igualmente utilizarão a estratégia de XGA, que pode ser aplicada a outros grupos de genes e de pilhas potencial humanas, para tentar distante e amolar outras combinações complicadas de efeitos genéticos.

E também o fornecimento de introspecções novas em umas interacções mais altas do gene do pedido, os resultados igualmente revelam os mecanismos moleculars por que as pilhas podem ganhar a resistência de droga com implicações para a revelação de tratamentos novos.

Este trabalho feito era em colaboração com Nozomu Yachie, um professor adjunto no centro de pesquisa para ciência e tecnologia avançadas da universidade do Tóquio.

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.