新技術解析動態遺傳網絡

日期：2010-12-06 14:46:49

近日由加州大學圣地亞哥分校醫學院的研究人員領導的一個國際科學家小組利用一種稱為“差別異位顯性圖”（ differential epistasis maps）的新技術第一次記錄了在對DNA損傷劑產生應激時細胞遺傳網絡自身連通的機制。研究論文發表在12月3日的《科學》（Science）雜志上。新研究發現代表著一個重大的技術飛躍，標志科研人員從對生物基因的簡單編譯進入到研究基因共同作用機制的新時代。

“細胞的行為是動態的，然而目前僅在正常的良性試驗條件下對支配這些行為的遺傳網絡開展了研究，”加州大學圣地亞哥分校醫學院醫學遺傳學系主任、醫學及生物工程學教授Trey Ideker博士說：“這項研究工作預示著下一個里程碑。它表明我們可以通過揭示應對刺激時細胞內遺傳網絡的重編程機制，找到它們之間功能關系，這是用當前其他的檢測方法無法取代實現的。”Ideker還是加州大學圣地亞哥分校國家網絡生物學資源中心（National Resource for Network Biology）的首席調查員

打個比喻這就像相片與視頻之間存在的信息值差異。在照片中細節和數據被局限在一個單一的捕獲瞬間，而無法確定之前或之后發生的事情。反之，在視頻中整個事件的順序包括動態過程、反應、相互作用的關系都能被記錄下來，進行鑒別和研究。

“這是第一次開展此類的研究，”共同作者、加州大學舊金山分校的細胞和分子藥理學副教授Nevan Krogan說。

異位顯性指的是基因間的相互作用以及相互抑制、擴大或改變功能的機制。為了構建差別異位顯性圖，研究人員在一個酵母細胞中對支配信號途徑的大約400個基因進行了研究。進而他們建立了8萬個雙突變的細胞系，每個細胞系均攜帶了不同的一對基因突變。當雙突變細胞比預期生長減慢或加快時，研究人員就認定這些突變基因發生了相互作用。

為了構建差別圖研究人員將細胞暴露在DNA損傷化合物中并研究了前后的相互作用，進而研究人員將這兩種網絡除去以揭示存在的差異。研究人員發現在處理組發現的相互作用大部分在對照組中并不存在。話句話說，通過DNA損傷遺傳網絡已被完全重編程。

“隨著研究人員不斷地在測繪這些網絡中取得進展，他們發現了一些既有啟發性但又令人沮喪的動態特點，”Ideker說：“科學家們本來希望細胞網絡不會隨不同條件或細胞發生改變，然而研究結果表明他們面臨著很大的挑戰和復雜的狀況。”

“我們期待將這種方法應用到哺乳動物系統，并最終應用到人類細胞。然而我們現在正面臨著一個極大的挑戰：選擇性地控制細胞的遺傳組成、基因冗余、轉錄因子和其他的分子將使我們獲得更先進的系統，然而也使得我們的研究變得更為復雜，”該研究的資助機構國立環境衛生科學研究所（National Institute of Environmental Health Sciences）的項目官員 David Balshaw說。

Ideker表示：“我們還有大量的工作要做。人類基因組計劃（HGP）已經鑒定了3萬個基因，以及存在于不同個體間的序列變異。然而目前尚無人能解析這些不同基因間相互作用形成的支配細胞及各種反應的分子機制。我們現在獲得了它的組成表，我們還需要了解聯系這些組成的網絡以及在疾病中的機制。”