WikiDer > Сеть генетического взаимодействия

Genetic interaction network

Генетическое взаимодействие сети представляют функциональные взаимодействия между парами гены в организм и полезны для понимания связи между генотип и фенотип. Большинство генов не кодируют определенные фенотипы. Вместо этого фенотипы часто возникают в результате взаимодействия нескольких генов. В люди, «Каждый человек несет ∼4 миллиона генетические варианты и полиморфизмы, подавляющее большинство из которых не может быть определено как единственная причина данного фенотипа. Вместо этого эффекты генетических вариантов могут сочетаться друг с другом как аддитивно, так и синергетически, и вклад каждого варианта в количественный признак или риск заболевания может зависеть от генотипов десятков других вариантов. Взаимодействие между генетическими вариантами, а также условия окружающей среды, вероятно, будут играть важную роль в определении фенотипа, происходящего от данного генотипа.[1]Сети генетического взаимодействия помогают понять генетические взаимодействия, идентифицируя такие взаимодействия между парами генов.[1]

Поскольку генетические взаимодействия дают представление о том, как генотип связан с фенотипом в организме, улучшенные знания о генетических взаимодействиях у людей могут дать критически важную информацию о сложных заболеваниях. К сожалению, из-за невозможности изолировать субъектов с единичными генетическими вариантами невозможно напрямую нанести на карту сети генетического взаимодействия у людей. Исследователи надеются, что изучение характеристик сетей генетического взаимодействия у подходящих организмов предоставит инструменты для построения сети генетического взаимодействия людей.[1]

Обзор

Генетическое взаимодействие происходит, когда взаимодействия между двумя или более генами приводят к фенотипу, который отличается от фенотипа, ожидаемого, если бы гены были независимы друг от друга. В контексте сетей генетического взаимодействия генетическое взаимодействие определяется как «разница между экспериментально измеренными двойными объектами».мутант фенотипа и ожидаемого фенотипа двойного мутанта, последний из которых предсказывается на основе комбинации эффектов одиночного мутанта, предполагая, что мутации действовать самостоятельно.[1]”В этом контексте обычно изучаемый фенотип фитнес который измеряет относительную скорость воспроизводства мутанта. Сильный фенотип относится к низкому уровню приспособленности, тогда как слабый фенотип относится к уровню приспособленности, близкому к уровню немутантного напряжение.[1]

Отрицательное генетическое взаимодействие происходит, когда фенотип двойного мутанта сильнее, чем ожидалось. Особый случай - это синтетический смертельный взаимодействие, которое происходит, когда удаление отдельных генов не наносит значительного вреда организму, но удаление обоих генов приводит к появлению нездорового организма. Положительное генетическое взаимодействие происходит, когда фенотип двойного мутанта слабее, чем ожидалось. Особый случай генетическое подавление что происходит, когда фенотип двойного мутанта слабее, чем фенотип наименее подходящего одиночного мутанта.[1][2]

Чтобы измерить взаимодействие между двумя генами, необходимо иметь некоторый стандарт ожидаемого фенотипа, если гены не взаимодействуют. Некоторые общие модели сочетания фенотипов независимых генов включают минимальную, аддитивную и мультипликативную модели.[1][3] В min-модели ожидаемая пригодность в результате мутации двух независимых генов такая же, как приспособленность одиночного мутанта с наименьшей пригодностью.[3] В аддитивной модели ожидаемый фенотип, являющийся результатом мутации двух независимых генов, представляет собой сумму фенотипов, обусловленных отдельными мутациями. В мультипликативной модели ожидаемый фенотип, возникающий в результате мутации двух независимых генов, является продуктом фенотипов, обусловленных отдельными мутациями. Какая модель лучше, зависит от ситуации.[1][3] Оказывается, в том случае, если в качестве фенотипа используется приспособленность, мультипликативная модель - лучший вариант.

Существуют методы измерения генетических взаимодействий, даже если один из генов существенный к организму.[2]

Свойства сетей генетического взаимодействия

Сети генетического взаимодействия были тщательно изучены у нескольких организмов, включая Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, кишечная палочка, Caenorhabditis elegans, и Drosophila melanogaster.[1][2][4] Эти исследования позволили понять свойства сетей генетического взаимодействия, включая топологию сетей генетического взаимодействия, то, как сети генетического взаимодействия предоставляют информацию о функциях генов и какие характеристики сетей генетического взаимодействия сохраняются в процессе эволюции. Исследователи надеются, что понимание общих свойств сетей генетического взаимодействия, а также их отношения к другой биологической информации, такой как сети белок-белкового взаимодействия позволит сделать вывод о сетях генетического взаимодействия в организмах, таких как человек, для которых невозможно напрямую определить сети генетического взаимодействия.[1][3]

В узлы сетей генетического взаимодействия, как правило, являются незаменимыми белками.[3][2]

Когда два гена взаимодействуют с одним и тем же набором соседей, это, наряду с особым характером этих взаимодействий, предоставляет информацию о том, как связаны функции двух генов. Например, гены, которые имеют общий набор синтетических летальных взаимодействий, как правило, вовлечены в одни и те же биологический путь. Набор генов, с которыми взаимодействует ген, и тип этих взаимодействий (например, синтетический летальный) составляют профиль взаимодействия этого гена. Эта информация позволяет создать сеть сходства генетического профиля из сети генетического взаимодействия. В сети сходства генетических профилей ребра соединяют гены со схожими профилями взаимодействия. Результатом является сеть, состоящая из кластеров генов, которые, как правило, вовлечены в один и тот же биологический процесс, и где связи между этими кластерами предоставляют информацию о взаимозависимостях этих биологических процессов. Это может стать мощным инструментом для прогнозирования функции не охарактеризованных генов.[1][3][2][4]

Некоторые исследования изучали, как генетические сети сохраняются на эволюционном расстоянии.[1][3][5] Хотя неясно, в какой степени сохраняются индивидуальные взаимодействия ген-ген, общие свойства сетей генетического взаимодействия, по-видимому, сохраняются, такие как сетевые концентраторы и способность профилей генетического взаимодействия предсказывать биологическую функцию.[1][3]

Биологические последствия

Генетические взаимодействия имеют важное значение для связи между генотипом и фенотипом.[3][2][6] Например, они были предложены как объяснение отсутствие наследственности. Отсутствие наследственности относится к тому факту, что генетические источники многих наследуемых фенотипов еще предстоит обнаружить. Несмотря на то, что было предложено множество объяснений, генетические взаимодействия могут значительно уменьшить количество недостающих наследуемостей за счет увеличения объяснительной силы известных генетических источников. Такие генетические взаимодействия, скорее всего, выходят за рамки парных взаимодействий, рассматриваемых в сетях генетического взаимодействия.[1][2][6]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Барышникова Анастасия; Костанцо, Майкл; Myers, Chad L .; Эндрюс, Бренда; Бун, Чарльз (2013). «Сети генетического взаимодействия: к пониманию наследственности». Ежегодный обзор геномики и генетики человека. 14 (1): 111–133. Дои:10.1146 / annurev-genom-082509-141730. PMID 23808365.
  2. ^ а б c d е ж грамм Костанцо, Майкл; VanderSluis, Бенджамин; Koch, Elizabeth N .; Барышникова Анастасия; Понс, Карлес; и другие. (2016). «Глобальная сеть генетического взаимодействия отображает электрическую схему клеточной функции». Наука. 353 (6306): aaf1420. Дои:10.1126 / science.aaf1420. ЧВК 5661885. PMID 27708008.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я Буше, Бенджамин; Дженна, Сара (2013). «Сети генетического взаимодействия: лучше понять, чтобы лучше прогнозировать». Границы генетики. 4: 290. Дои:10.3389 / fgene.2013.00290. ЧВК 3865423. PMID 24381582.
  4. ^ а б Костанцо, Майкл; Барышникова Анастасия; Беллай, Джереми; Ким, Юнгил; Копье, Эрик Д .; и другие. (2010). «Генетический ландшафт клетки». Наука. 327 (5964): 425–431. Дои:10.1126 / наука.1180823. ЧВК 5600254. PMID 20093466.
  5. ^ Диксон, Скотт Дж .; Федишин, Ярослав; Koh, Judice L. Y .; Прасад, Т.С. Кешава; Чахван, Чарли; и другие. (2008). «Значительное сохранение синтетических сетей летального генетического взаимодействия между удаленными родственными эукариотами». Труды Национальной академии наук. 105 (43): 16653–16658. Дои:10.1073 / pnas.0806261105. ЧВК 2575475. PMID 18931302.
  6. ^ а б Зук, Ор; Хехтер, Элиана; Сюняев, Шамиль Р .; Ландер, Эрик С. (2012). «Тайна отсутствия наследственности: генетические взаимодействия создают фантомную наследуемость». Труды Национальной академии наук. 109 (4): 1193–1198. Дои:10.1073 / pnas.1119675109. PMID 22223662.