Para comprender cómo funciona una célula, a los biólogos les gusta desarmarla. Al eliminar genes de las células en diversas combinaciones, los investigadores ahora han descubierto cómo los diferentes genes trabajan juntos para mantener las células vivas. La investigación ayudará a los científicos a comprender cómo las fallas en múltiples genescombinar para conducir enfermedades comunes como el cáncer o las enfermedades del corazón.
Dirigida por Charles Boone, profesor del Centro Donnelly de la Universidad de Toronto, Brenda Andrews, profesora universitaria y directora del Centro Donnelly, y el profesor Chad Myers, de la Universidad de Minnesota-Twin Cities, MN, la investigación se basa enEl trabajo previo de los equipos que mostró cómo los genes se combinan en pares para apuntalar la salud de las células. Llevando un paso más allá, el nuevo estudio examina por primera vez cómo las combinaciones de genes de orden superior, que comprenden tres genes, ayudan a mantener la fisiología celular normal, como se revelóen ciencia .
Boone y Andrews también son profesores en el Departamento de Genética Molecular de la U de T y Senior Fellows en el Instituto Canadiense de Investigación Avanzada CIFAR y Myers es Fellow en CIFAR.
"Hay una creciente comprensión de que las interacciones entre los genes pueden conducir a la susceptibilidad a las enfermedades hereditarias, por eso tenemos que entender los principios generales de estas interacciones genéticas", dice Boone.
Es muy parecido a un juego gigante de Jenga, con miles de bloques genéticos que pueden eliminarse. Si bien la mayoría de los bloques individuales pueden eliminarse sin comprometer la estructura, cuando se eliminan las combinaciones críticas de bloques, el sistema colapsa. Del mismo modo, los genescon diferentes roles pueden combinarse para mantener viva la célula. Al desentrañar tales alianzas genéticas, los científicos esperan revelar pistas sobre los fundamentos de la salud personal.
Ahora se desprende de los estudios de secuenciación del genoma que cada persona tiene miles de variantes genéticas, diferencias en la secuencia de ADN de los genes, que podrían combinarse para afectar nuestra salud. Sin embargo, estos estudios no tienen el poder estadístico para predecir el riesgo de una personade la enfermedad por su combinación única de variantes genéticas. Esto plantea un obstáculo importante para la medicina personalizada que busca utilizar la información del genoma para predecir el riesgo de enfermedad y adaptar el tratamiento.
Para descubrir las reglas de la función genética combinatoria, el equipo investigó previamente cómo funcionan los genes en pares en las células de levadura. La levadura es uno de los modelos celulares favoritos de los biólogos debido a su genoma relativamente pequeño que comprende 6,000 genes y una gran cantidad de datos ya existenteTras haber eliminado previamente de la levadura todos los posibles pares de genes 18 millones de ellos, el equipo ahora dio un paso más para examinar lo que sucede cuando se elimina un subconjunto de 36 mil millones de posibles combinaciones trigénicas.
Descubrieron que, de manera similar a las interacciones entre dos genes, las interacciones trigénicas también ocurren principalmente entre genes que están funcionalmente relacionados: codifican partes que pertenecen a la misma máquina molecular o que existen en la misma parte de la célula, por ejemplo.Con interacciones trigénicas, los investigadores también comenzaron a ver asociaciones más sorprendentes entre genes que tienen una función no relacionada y están involucrados en diferentes bioprocesos en la célula.
"El estudio de las redes genéticas le permite ver cómo se conectan los genes, cómo los procesos biológicos se comunican entre sí y cómo una célula trata las perturbaciones en múltiples genes", dice Elena Kuzmin, autora principal del artículo y ex estudiante de posgrado enel laboratorio de Boone que ahora es becario postdoctoral en la Universidad McGill en Montreal. "Se obtiene una visión global de la célula", dice.
Además, utilizando modelos matemáticos, los investigadores estiman que todos los genes en la célula tienen un papel que desempeñar cuando se tienen en cuenta las interacciones trigénicas. Esto finalmente podría explicar por qué solo una décima parte de los 6,000 genes de levadura son esenciales para la supervivencia celular, una regla quese aplica a otros tipos de células, incluidas las células humanas.
Gracias a los recientes avances en la edición de genes, ahora es posible eliminar combinaciones de genes de células humanas, lo que los laboratorios Boone y Andrews están haciendo actualmente en colaboración con el grupo de Jason Moffat en el Centro Donnelly para mapear las relaciones entre los genes de la enfermedad.
"Nuestro trabajo de levadura demuestra cómo las mutaciones en múltiples genes se combinan para tener efectos inesperados y proporciona una hoja de ruta para comprender las interacciones genéticas en células y organismos mucho más complejos, incluidos los humanos", dice Andrews. "Identificar combinaciones de genes que trabajan juntas paraapuntalar sistemas biológicos robustos es importante para descifrar lo que falla con su colapso en un estado de enfermedad ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Toronto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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