Поведение наших клеток определяется комбинацией активности их генов и химических реакций, необходимых для поддержания клеток, известных как метаболизм. Метаболизм работает в двух направлениях: расщепление молекул для обеспечения организма энергией и производство всех соединений, необходимых клеткам.
Знание генома — полной «схемы» ДНК организма — может предоставить значительный объем информации о том, как будет выглядеть конкретный организм. Однако это не дает полной картины: гены могут регулироваться другими генами или участками ДНК или «эпигенетическими» модификаторами — небольшими молекулами, прикрепленными к ДНК, которые действуют как переключатели, включающие и выключающие гены.Предыдущие исследования предполагали, что может существовать еще один игрок в регуляции генов: метаболическая сеть — биохимические реакции, происходящие в организме.
Эти реакции в основном зависят от питательных веществ, доступных в клетке — сахаров, аминокислот, жирных кислот и витаминов, получаемых с пищей, которую мы едим.Чтобы изучить масштабы, в которых это происходит, международная группа исследователей во главе с доктором Маркусом Ралсером из Кембриджского университета и Института Фрэнсиса Крика в Лондоне обратилась к роли метаболизма в самых основных функциях клетки. Они сделали это с использованием дрожжевых клеток. Дрожжи — идеальный модельный организм для крупномасштабных экспериментов, манипулировать им намного проще, чем моделями на животных, однако многие из его важных генов и фундаментальных клеточных механизмов такие же или очень похожи на таковые у животных и людей.
Исследователи манипулировали уровнями важных метаболитов — продуктов метаболических реакций — в дрожжевых клетках и исследовали, как это влияет на поведение генов и производимых ими молекул. Почти девять из десяти генов и их продукты были затронуты изменениями клеточного метаболизма.
«Клеточный метаболизм играет в клетках гораздо более динамичную роль, чем мы думали ранее», — объясняет д-р Ралсер. «Почти все гены клетки подвержены влиянию изменений питательных веществ, к которым они имеют доступ. Фактически, во многих случаях эффекты были настолько сильными, что изменение метаболического профиля клетки могло заставить некоторые из ее генов вести себя совершенно по-другому.«Классическая точка зрения состоит в том, что гены контролируют расщепление питательных веществ на важные молекулы, но мы показали, что верно и обратное: то, как расщепляются питательные вещества, влияет на поведение наших генов».
Исследователи полагают, что результаты могут иметь самые разные последствия, в том числе и на то, как мы реагируем на определенные лекарства. Например, при раке в опухолевых клетках развиваются множественные генетические мутации, которые изменяют метаболическую сеть внутри клеток. Это, в свою очередь, может повлиять на поведение генов и может объяснить, что некоторые лекарства не работают у некоторых людей.«Еще один важный аспект наших открытий — практический для ученых», — поясняет д-р Ралсер. «Биологические эксперименты часто не воспроизводятся между лабораториями, и мы часто обвиняем в этом неаккуратных исследователей.
Однако оказывается, что небольшие метаболические различия могут повлиять на результаты экспериментов. Нам необходимо разработать новые лабораторные процедуры, которые лучше контролируют различия в метаболизме. Это поможет нам разрабатывать лучшие и более надежные эксперименты ».
