Сеть генетического взаимодействия
генетических взаимодействий Сети представляют собой функциональные взаимодействия между парами генов в организме и полезны для понимания связи между генотипом и фенотипом . Большинство генов не кодируют определенные фенотипы. Вместо этого фенотипы часто возникают в результате взаимодействия нескольких генов. У людей «каждый человек несет около 4 миллионов генетических вариантов и полиморфизмов , подавляющее большинство из которых нельзя назвать единственной причиной данного фенотипа. Вместо этого эффекты генетических вариантов могут сочетаться друг с другом как аддитивно, так и синергически, и Вклад каждого варианта в количественный признак или риск заболевания может зависеть от генотипов десятков других вариантов. Взаимодействия между генетическими вариантами, а также условия окружающей среды , вероятно, будут играть важную роль в определении. фенотип, возникающий из данного генотипа. [ 1 ] «Сети генетических взаимодействий помогают понять генетические взаимодействия, определяя такие взаимодействия между парами генов. [ 1 ]
Поскольку генетические взаимодействия дают представление о том, как генотип связан с фенотипом в организме, улучшение знаний о генетических взаимодействиях у людей может дать решающее понимание сложных заболеваний. К сожалению, из-за невозможности изолировать субъектов с отдельными генетическими вариантами невозможно напрямую картировать сети генетических взаимодействий у людей. Исследователи надеются, что изучение характеристик сетей генетического взаимодействия у подходящих организмов предоставит инструменты для построения сети генетического взаимодействия человека. [ 1 ]
Обзор
[ редактировать ]Генетическое взаимодействие происходит, когда взаимодействие между двумя или более генами приводит к фенотипу, который отличается от фенотипа, ожидаемого, если бы гены были независимы друг от друга. В контексте сетей генетических взаимодействий генетическое взаимодействие определяется как «разница между экспериментально измеренным фенотипом с двойным мутантом и ожидаемым фенотипом с двойным мутантом, последний из которых прогнозируется на основе комбинации эффектов одиночного мутанта, предполагая, что мутации . действуют независимо [ 1 ] «В этом контексте обычно изучаемым фенотипом является приспособленность , которая измеряет относительную скорость воспроизводства мутанта. Сильный фенотип относится к низкому уровню приспособленности, тогда как слабый фенотип относится к уровню приспособленности, близкому к уровню приспособленности немутантного штамма. . [ 1 ]
Отрицательное генетическое взаимодействие происходит, когда фенотип двойного мутанта сильнее ожидаемого. Особым случаем является синтетическое летальное взаимодействие, возникающее, когда удаление отдельных генов не наносит существенного вреда организму, но удаление обоих генов приводит к нежизнеспособности организма. Положительное генетическое взаимодействие происходит, когда фенотип двойного мутанта слабее, чем ожидалось. Особым случаем является генетическая супрессия , которая возникает, когда фенотип двойного мутанта слабее фенотипа наименее подходящего одиночного мутанта. [ 1 ] [ 2 ]
Чтобы измерить взаимодействие между двумя генами, необходимо иметь некий стандарт ожидаемого фенотипа, если гены не взаимодействуют. Некоторые распространенные модели объединения фенотипов независимых генов включают минимальную, аддитивную и мультипликативную модели. [ 1 ] [ 3 ] В модели min ожидаемая приспособленность, возникающая в результате мутации двух независимых генов, такая же, как приспособленность наименее приспособленного одиночного мутанта. [ 3 ] В аддитивной модели ожидаемый фенотип, возникающий в результате мутации двух независимых генов, представляет собой сумму фенотипов, возникающих в результате отдельных мутаций. В мультипликативной модели ожидаемый фенотип, возникающий в результате мутации двух независимых генов, является продуктом фенотипов, возникающих в результате отдельных мутаций. Какая модель лучше, зависит от ситуации. [ 1 ] [ 3 ] Оказывается, в случае, когда в качестве фенотипа используется приспособленность, мультипликативная модель является лучшим вариантом.
Существуют методы измерения генетических взаимодействий, даже если один из генов важен для организма. [ 2 ]
Свойства сетей генетического взаимодействия
[ редактировать ]Сети генетических взаимодействий были тщательно изучены у нескольких организмов, включая Saccharomyces cerevisiae , Schizosaccharomyces pombe , Escherichia coli , Caenorhabditis elegans и Drosophila melanogaster . [ 1 ] [ 2 ] [ 4 ] Эти исследования дали представление о свойствах сетей генетического взаимодействия, включая топологию сетей генетического взаимодействия, то, как сети генетического взаимодействия предоставляют информацию о функции генов и какие характеристики сетей генетического взаимодействия сохраняются в процессе эволюции. Исследователи надеются, что понимание общих свойств сетей генетического взаимодействия, а также того, как они связаны с другой биологической информацией, такой как сети белок-белкового взаимодействия, позволит сделать вывод о сетях генетического взаимодействия в таких организмах, как человек, для которых это не так. возможно определить сети генетических взаимодействий напрямую. [ 1 ] [ 3 ]
Центрами сетей генетических взаимодействий обычно являются незаменимые белки. [ 3 ] [ 2 ]
Когда два гена взаимодействуют с одинаковым набором соседей, это, наряду с особой природой этих взаимодействий, дает информацию о том, как связаны функции двух генов. Например, гены, которые имеют общий набор синтетических летальных взаимодействий, как правило, участвуют в одном и том же биологическом пути . Набор генов, с которыми взаимодействует ген, и тип этих взаимодействий (т. е. синтетический летальный) составляют профиль взаимодействия этого гена. Эта информация позволяет создать сеть сходства генетических профилей на основе сети генетического взаимодействия. В сети сходства генетических профилей ребра соединяют гены со схожими профилями взаимодействия. В результате получается сеть, состоящая из кластеров генов, которые, как правило, участвуют в одном и том же биологическом процессе, и связи между этими кластерами предоставляют информацию о взаимозависимости этих биологических процессов. Это может стать мощным инструментом для прогнозирования функции неохарактеризованных генов. [ 1 ] [ 3 ] [ 2 ] [ 4 ]
Некоторые исследования изучали, как генетические сети сохраняются на эволюционном расстоянии. [ 1 ] [ 3 ] [ 5 ] Хотя неясно, в какой степени сохраняются отдельные межгенные взаимодействия, общие свойства сетей генетических взаимодействий, по-видимому, сохраняются, такие как центры сети и способность профилей генетических взаимодействий предсказывать биологические функции. [ 1 ] [ 3 ]
Биологические последствия
[ редактировать ]Генетические взаимодействия имеют важные последствия для связи между генотипом и фенотипом. [ 3 ] [ 2 ] [ 6 ] Например, они были предложены в качестве объяснения отсутствия наследственности . Отсутствие наследственности относится к тому факту, что генетические источники многих наследственных фенотипов еще не обнаружены. Хотя было предложено множество объяснений, генетические взаимодействия могут значительно уменьшить количество недостающей наследственности за счет увеличения объяснительной силы известных генетических источников. Такие генетические взаимодействия, скорее всего, выходят за рамки парных взаимодействий, рассматриваемых в сетях генетических взаимодействий. [ 1 ] [ 2 ] [ 6 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Барышникова, Анастасия; Костанцо, Майкл; Майерс, Чад Л.; Эндрюс, Бренда; Бун, Чарльз (2013). «Сети генетического взаимодействия: к пониманию наследственности». Ежегодный обзор геномики и генетики человека . 14 (1): 111–133. doi : 10.1146/annurev-genom-082509-141730 . ПМИД 23808365 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Костанцо, Майкл; ВандерСлуис, Бенджамин; Кох, Элизабет Н.; Барышникова, Анастасия; Понс, Карлес; и др. (2016). «Глобальная сеть генетического взаимодействия отображает схему клеточных функций» . Наука . 353 (6306): ааф1420. дои : 10.1126/science.aaf1420 . ПМК 5661885 . ПМИД 27708008 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Баучер, Бенджамин; Дженна, Сара (2013). «Сети генетического взаимодействия: лучше понять, чтобы лучше предсказать» . Границы генетики . 4 : 290. дои : 10.3389/fgene.2013.00290 . ПМЦ 3865423 . ПМИД 24381582 .
- ^ Jump up to: а б Костанцо, Майкл; Барышникова, Анастасия; Беллей, Джереми; Ким, Юнгил; Спир, Эрик Д.; и др. (2010). «Генетический ландшафт клетки» . Наука . 327 (5964): 425–431. Бибкод : 2010Sci...327..425C . дои : 10.1126/science.1180823 . ПМК 5600254 . ПМИД 20093466 .
- ^ Диксон, Скотт Дж.; Федишин, Ярослав; Кох, Джудис Л.И.; Прасад, Т.С. Кешава; Чахван, Чарли; и др. (2008). «Значительное сохранение синтетических летальных генетических сетей взаимодействия между отдаленно родственными эукариотами» . Труды Национальной академии наук . 105 (43): 16653–16658. Бибкод : 2008PNAS..10516653D . дои : 10.1073/pnas.0806261105 . ПМЦ 2575475 . ПМИД 18931302 .
- ^ Jump up to: а б Зук, Ор; Хехтер, Элиана; Сюняев Шамиль Р.; Ландер, Эрик С. (2012). «Тайна отсутствия наследственности: генетические взаимодействия создают фантомную наследственность» . Труды Национальной академии наук . 109 (4): 1193–1198. Бибкод : 2012PNAS..109.1193Z . дои : 10.1073/pnas.1119675109 . ПМЦ 3268279 . ПМИД 22223662 .