Les cèl·lules són més resistents als canvis ambientals del que es pensava

Les cèl·lules són més resistents a les pertorbacions ambientals del que es pensava. Les observacions dels efectes dels fàrmacs o les mutacions en les cèl·lules cultivades en laboratori indiquen que superen les influències externes i aporten una base sòlida per al desenvolupament nous diagnòstics i tractaments.

Un grup d'investigadors, entre els quals es troben el Dr. Patrick Aloy, investigador ICREA i cap del laboratori de Bioinformàtica Estructural i Biologia de Xarxes de l'IRB Barcelona, i el Dr. Carles Pons, investigador associat Ramón y Cajal al mateix laboratori, han publicat un estudi a la revista Science que mostra que les cèl·lules de llevat utilitzen la mateixa xarxa d'interacció genètica per coordinar el creixement en resposta a una àmplia varietat d'entorns.

"Volíem provar de manera imparcial com canvia la xarxa genètica de referència d'una cèl·lula model en diferents entorns", explica la Dra. Brenda Andrews, exdirectora del Donnelly Center, que va codirigir la investigació. "I vam descobrir que la xarxa és molt resistent i que roman pràcticament igual, la qual cosa significa que una única condició de referència ens proporciona una vista gairebé completa de la xarxa molecular d'una cèl·lula". El Dr. Charles Boone, professor de genètica molecular i director interí del Donnelly Center, i el Dr. Txad Myers, professor d'informàtica a la Universitat de Minnesota-Twin Cities, també van ser autors principals de l'article.

"Hem contribuït a aquest treball caracteritzant els gens que responen als canvis ambientals i analitzant la coherència funcional de les interaccions genètiques descobertes en les diferents condicions provades", afirma el Dr. Aloy.

El treball es basa en investigacions anteriors per les quals es va establir com els prop de 6000 gens del llevat formen una xarxa d'unes 900.000 interaccions. Les cèl·lules de llevat són similars a les humanes, però són més fàcils d'estudiar perquè tenen genomes més petits i n'hi ha tècniques ben establertes per a la seva manipulació genètica. Això explica per què els científics han estat utilitzant aquestes cèl·lules com a model d'investigació per estudiar les bases moleculars de la vida.

"Com a únic mapa d'interaccions genètiques de tot el genoma per a qualsevol cèl·lula, la xarxa genètica global  de llevat és un recurs de referència únic. Les interaccions entre els gens aporten pistes sobre la seva funció i també poden revelar com es combinen les mutacions per causar els defectes cel·lulars subjacents a les malalties", explica el Dr. Pons."Un mapa de referència robust també és essencial per identificar els millors gens als quals apuntar terapèuticament", afegeix.

No obstant això, hi havia la preocupació que els gens poguessin canviar els gens amb els quals interactuaven depenent de l'entorn cel·lular. Això complicaria les coses, perquè significaria que la xarxa molecular és dinàmica, com un objectiu en moviment. El mapa de referència va ser construït a partir de dades recopilades en condicions estàndard de laboratori, però l'alteració de les condicions pot afectar la xarxa.

Altres investigadors han informat de que el medi ambient pot reconfigurar les interaccions dins d'un grup selecte de gens involucrats en un procés cel·lular específic, com la reparació de l'ADN, però el seu impacte en el genoma no s'ha avaluat de manera sistemàtica.

Un conjunt representatiu de gens i entorns

Es diu que dos gens interactuen quan les cèl·lules que no tenen ambdós gens creixen millor o pitjor que quan només en falta un. La prova de totes les possibles interaccions per parells que van conduir a la creació de mapa de referència va portar més de 15 anys i va costar desenes de milions de dòlars en fons d'investigació. Atès que hagués estat impossible replicar aquest tour de force en múltiples condicions, els investigadors van seleccionar un conjunt representatiu de gens que abasten tots els processos biològics importants. En total, es van provar 30.000 interaccions de tot el genoma en 14 entorns diversos, inclosa una font d'alimentació alternativa, la pressió osmòtica i l'exposició a diversos fàrmacs.

La gran majoria de les interaccions identificades per primera vegada al mapa de referència (més del 90%) van persistir en totes les condicions. Només el 7% de les interaccions van ser noves, la qual cosa significa que es van detectar per primera vegada i només en alguns entorns. Aquestes noves interaccions tenen lloc típicament entre gens que estan implicats en diversos processos cel·lulars, revelant així que els estímuls externs tenen el poder de forjar interaccions genètiques més distants.

L'equip ara està treballant per crear el primer mapa de referència de les interacciones del genoma humà, una tasca enorme donada la gran quantitat de gens involucrats (uns 20.000) i els 200 milions d'interaccions possibles entre ells. No obstant això, els investigadors, basant-se en el seu treball sobre llevats, confien que el mapa humà capturarà igualment la biologia fonamental, independentment de variables com el tipus de cèl·lula o les condicions de creixement.

Article de referència:
Environmental robustness of the global yeast genetic interaction network
Michael Costanzo, Jing Hou, Vincent Messier, Justin Nelson, Mahfuzur Rahman, Benjamin VanderSluis, Wen Wang, Carles Pons, Catherine Ross, Matej Ušaj, Bryan-Joseph San Luis, Emira Shuteriqi, Elizabeth N. Koch, Patrick Aloy, Chad L. Myers, Charles Boone & Brenda Andrews
Science (2021) DOI: 10.1126/science.abf8424

Original: Jovana Drinjakovic (Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research)