Крупное исследование адаптации у дрожжей может помочь понять эволюцию рака
Мутации в генах могут иметь серьезные последствия. Процесс адаптивной эволюции отбирает мутации, способствующие быстрому и неконтролируемому росту, как в популяциях дрожжей, так и при раке.
При делении раковой клетки некоторым мутациям передаются следующим поколениям. Одни из них — «безбилетники» (безвредные), а другие — «драйверные» мутации, ответственные за рост рака.
Целенаправленное воздействие на драйверные мутации может подавить рост опухоли. Однако идентифицировать их в огромном человеческом геноме крайне сложно.
Команда Грегори Ланга из Университета Лихай исследует эволюцию генома на лабораторных популяциях дрожжей, чей геном в 1000 раз меньше человеческого. Дрожжи быстро делятся (поколение за 90 минут), что делает их хорошей моделью для изучения адаптивной эволюции в асексуальной популяции, подобной раковой.
В крупномасштабном исследовании ученые количественно оценили влияние 116 мутаций из 11 линий экспериментально эволюционировавших дрожжей. Результаты, опубликованные в PNAS, показали, что лишь 20% успешных мутаций являются драйверами; остальные — «безбилетники».
«Чтобы получить реалистичную картину значимого для эволюции спектра мутаций, необходимо всестороннее изучение отдельных мутаций — что очень сложно провести на человеческом геноме», — говорит Ланг.
«Перетасовка колоды» для понимания мутаций
Ученые использовали метод «перетасовки» генетической колоды, чтобы изолировать тысячи спор с разными комбинациями мутаций от одного предка. Это позволило с высокой точностью измерить влияние каждой мутации на приспособленность (фитнес-эффект) и определить, какие мутации или их комбинации стимулировали рост.
Вместо поиска общих мутаций и предположения, что они являются драйверами (как часто делается в онкологии), подход Ланга измеряет эффекты всех мутаций, выявляя более тонкие динамики.
Исследователи обнаружили одну группу мутаций, где их комбинация давала преимущество в приспособленности, превышающее сумму их индивидуальных эффектов (эпистаз). По отдельности ни одна из этих мутаций существенного эффекта не имела. Хотя геном дрожжей изучен хорошо, это генетическое взаимодействие ранее не было идентифицировано.
Ланг отмечает, что вряд ли точно такие же мутации встречаются при раке. Однако понимание динамики адаптации у дрожжей может дать представление о динамике мутаций в других системах, включая рак.
«У дрожжей есть инструменты, чтобы ответить на вопросы, на которые мы хотели бы получить ответы для раковых популяций», — говорит Ланг.
Будущая работа будет включать выявление дополнительных генетических взаимодействий у дрожжей. Экспериментальная эволюция — хороший способ углубить понимание роли отдельных мутаций и их взаимодействий в адаптации, что однажды может привести к прогрессу в здравоохранении.