Las células son más resistentes a los cambios ambientales de lo que se pensaba

Las células son más resistentes a las perturbaciones ambientales de lo que se pensaba. Las observaciones de los efectos de los fármacos o las mutaciones en las células cultivadas en un laboratorio indican que superan las influencias externas y proporcionan una base sólida para el desarrollo de nuevos diagnósticos y tratamientos.

Un grupo de investigadores, entre los que se encuentran el investigador ICREA Dr. Patrick Aloy, jefe del laboratorio de Bioinformática Estructural y Biología de Redes del IRB Barcelona, ​​y el Dr. Carles Pons, investigador asociado Ramón y Cajal en el mismo laboratorio, han publicado un estudio en la revista Science que muestra que las células de levadura utilizan la misma red de interacción genética para coordinar el crecimiento en respuesta a una amplia variedad de entornos.

“Queríamos probar de manera imparcial cómo cambia la red genética de referencia en una célula modelo en diferentes entornos”, explica la Dra. Brenda Andrews, ex Directora del Donnelly Center, que codirigió la investigación. "Y descubrimos que la red es muy resistente y que permanece prácticamente igual, lo que significa que una única condición de referencia nos proporciona una vista casi completa de la red molecular de una célula". El Dr. Charles Boone, profesor de genética molecular y director interino del Donnelly Center, y el Dr. Chad Myers, profesor de informática en la Universidad de Minnesota-Twin Cities, también fueron autores principales del artículo.

“Hemos contribuido a este trabajo caracterizando los genes que responden a los cambios ambientales y analizando la coherencia funcional de las interacciones genéticas descubiertas en las distinas condiciones probadas”, afirma el Dr. Aloy.

El trabajo se basa en investigaciones anteriores por las que se estableció cómo los aprox. 6000 genes de la levadura forman una red de unas 900.000 interacciones. Las células de levadura son similares a las humanas, pero son más fáciles de estudiar porque tienen genomas más pequeños y existen técnicas bien establecidas para su manipulación genética. Esto explica por qué los científicos han estado utilizando estas células como modelo de investigación para estudiar las bases moleculares de la vida.

“Como único mapa de interacciones genéticas de todo el genoma para cualquier célula, la red genética global de la levadura es un recurso de referencia único. Las interacciones entre los genes aportan pistas sobre su función y también pueden revelar cómo se combinan las mutaciones para causar los defectos celulares subyacentes a las enfermedades”, explica el Dr. Pons. “Un mapa de referencia robusto también es esencial para identificar los mejores genes a los que apuntar terapéuticamente”, añade.

Sin embargo, existía la preocupación de que los genes pudieran cambiar con qué otros genes interactuaban dependiendo del entorno celular, lo que complicaría las cosas, porque significaría que la red molecular es dinámica, como un objetivo en movimiento. El mapa de referencia fue construido a partir de datos recopilados en condiciones estándar de laboratorio, pero la alteración de las condiciones puede afectar a la red.

Otros investigadores han informado de que el medio ambiente puede reconfigurar las interacciones dentro de un grupo selecto de genes involucrados en un proceso celular específico, como la reparación del ADN, pero su impacto en el genoma no se ha evaluado de manera sistemática.

Un conjunto representativo de genes y entornos

Se dice que dos genes interactúan cuando las células que carecen de ambos genes crecen mejor o peor que cuando solo falta uno. La prueba de todas las posibles interacciones por pares que llevaron a la creación del mapa de referencia llevó más de 15 años y costó decenas de millones de dólares en fondos de investigación. Dado que hubiera sido imposible replicar este tour de force en múltiples condiciones, los investigadores seleccionaron un conjunto representativo de genes que abarcan todos los procesos biológicos importantes. En total, se probaron 30.000 interacciones de todo el genoma en 14 entornos diversos, incluida una fuente de alimentación alternativa, la presión osmótica y la exposición a varios fármacos.

La gran mayoría de las interacciones identificadas por primera vez en el mapa de referencia (más del 90%) persistieron en todas las condiciones. Solo el 7% de las interacciones fueron nuevas, lo que significa que se detectaron por primera vez y solo en algunos entornos. Estas nuevas interacciones tienen lugar típicamente entre genes que están implicados en varios procesos celulares, revelando así que los estímulos externos tienen el poder de forjar interacciones genéticas más distantes.

El equipo ahora está trabajando para crear el primer mapa de referencia del genoma humano, una tarea enorme dada la gran cantidad de genes involucrados (unos 20.000) y los 200 millones de  interacciones posibles entre ellos. Sin embargo, los investigadores, basándose en su trabajo sobre levaduras, confían en que el mapa humano capturará igualmente la biología fundamental, independientemente de variables como el tipo de célula o las condiciones de crecimiento.

Artículo de referencia:
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)