Летальные мутации у дрожжей могут быть нейтрализованы другими генами

У штаммов дрожжей, найденных в природе, неодинакова чувствительность к летальным мутациям: она определяется взаимодействием мутации с генетическим фоном. В новом исследовании международной группы ученых дикие штаммы компенсировали вредный эффект мутаций в 149 из 580 исследованных генов.

Credit:
Dmitry Knorre | 123rf.com

Фенотипический исход любой мутации так или иначе определяется генетическим контекстом, в котором она происходит. Около 1000 из 6000 генов дрожжей считаются жизненно важными. Однако предыдущие работы показали, что точный набор необходимых генов варьирует между штаммами. Исследование международной группы ученых продемонстрировало, что мутации, летальные для одних штаммов, не нарушают развитие других.

Исследование проводилось при помощи синтетического генетического массива (Synthetic genetic array, SGA). Метод позволяет скрещивать линию дрожжей, которые содержат интересующую мутацию, с тысячами линий, несущих мутации в различных генах. Это позволяет получать клетки с обеими мутациями и оценивать функциональную связь генов.

Для анализа использовали коллекцию 1106 аллелей 580 жизненно важных генов. Все эти аллели находились в геноме стандартного референсного штамма дрожжей S288C и были температурно-чувствительными (TS) — теряли функцию при повышении температуры до 34°C, приводя к смерти дрожжевых клеток. Их скрещивали с 10 гаплоидными дикими штаммами, в результате кроссинговера появлялись потомки, несущие комбинации TS-гена с различными генами дикого типа. Затем сравнивали жизнеспособность потомков скрещивания (примерно 70 000 популяций) при температурах 26 °С и 34 °С. Если клетки выживали при высокой температуре, это могло означать, что они получили от дикого предка ген, компенсирующий летальную мутацию.

В качестве отрицательного контроля использовалась та же линия S288C, в качестве положительного — некоторые дикие штаммы, несущие ChrVIII-chrXVI хромосомную транслокацию. При скрещивании таких штаммов со штаммами, несущим летальные мутации, 25% потомков имеют дополнительную копию участка XVI хромосомы, в котором находятся многие жизненно важные гены. Эти дополнительные копии генов заменяют нефункциональные TS аллели. Дупликация хромосомного участка нейтрализовала в среднем 35 из 53 TS аллелей, относящихся к этому региону, тогда как у потомков штаммов без транслокации было нейтрализовано в среднем 2 из 53.

Летальные мутации в 192 из 1106 TS аллелей (17%) и 149 из 580 генов (26%) оказались нейтрализованными хотя бы в одном штамме. В среднем потомки диких штаммов могли нейтрализовать мутации в 37 аллелях (3%) Ученые также обнаружили, что штаммы со схожим генетическим бэкграундом нейтрализуют мутации в сходных наборах аллелей.

Далее исследователи провели генетическое картирование, чтобы определить гены, ответственные за нейтрализацию летальных мутаций. Из 31 региона, которые удалось связать со способностью дрожжей подавлять мутации, в 17 идентифицировали конкретные гены.

Ученые обращают особое внимание на то, что между генами-супрессорами не наблюдалось взаимодействий — хотя в каждом штамме присутствовало несколько таких генов, все они функционировали независимо. Из девяти уникальных пар «ген-супресор» пять пар были описаны впервые, для четырех уже имелись доказательства подавления. Во всех четырех случаях ген-супрессор кодировал компонент того же белкового комплекса или пути, что и мутантный ген, в трех случаях продукты генов контактировали друг с другом.

Эти наблюдения согласуются с моделью эволюции, согласно которой гены в процессе адаптации к условиям среды и генетическому окружению накапливают множественные мутации приобретения функции (gain-of-function). Некоторые из этих мутаций позволяют им в дальнейшем независимо компенсировать потерю адаптационной способности, вызванную мутациями в других генах.

Полученные результаты уточняют наши представления о нейтрализации негативных мутаций. По мнению авторов, скрининг культур человеческих клеток на предмет генов-супрессоров поможет лучше понять механизмы проявления генетических заболеваний.

Источник

Leopold Parts et al. // Natural variants suppress mutations in hundreds of essential genes // Molecular Systems Biology (2021) 17: e10138, published 27 May 2021, DOI: 10.15252/msb.202010138

Добавить в избранное

Вам будет интересно