При изучении генов в тополях, которые контролируют образование костной мозоли, ученые из Национальной лаборатории Ок-Риджа обнаружили генетические сети в корне образования опухолей в нескольких раковых опухолях человека.

Исследовательская группа с некоторым удивлением обнаружила, что растения и люди имеют одни и те же гены, которые запускают или подавляют неконтролируемый рост скоплений клеток, образуя каллус у тополя и опухоли у человека. Гены возникли миллиарды лет назад, когда растения и животные имели общего предка.

«Мы никогда не думали о сохранении таких генов», — сказал биолог из ORNL Веллингтон Мучеро. «Но то, что мы видим, — это действительно удивительное сохранение функции между растениями и людьми».

Результаты исследований, подробно изложенные в PLOS One , нашли применение в разработке более совершенных установок для производства биоэнергии, а также для определения новых целей для лечения рака.

Благо для биоэнергии

Тополь Populusor показывает большие перспективы как биоэнергетическая культура. Ученые из Центра инноваций в области биоэнергетики в ORNL изучают генетические вариации этих древесных многолетников, которые могут повысить устойчивость к засухе и болезням и дать больше биомассы для преобразования в биотопливо и биопродукты.

Инструментарий исследователей включает в себя генные редакторы, такие как CRISPR / CAS-9, мощную базу данных геномной информации из 882 сортов тополя, высокопроизводительные вычислительные возможности и опыт, охватывающий несколько учреждений. По словам Мучеро, узким местом для улучшения ключевых характеристик тополя является образование костной мозоли.

Некоторые растения легко растут. Другие вообще не растут. Исследовательская группа использовала листья, срезанные с тополей разных генотипов, чтобы определить, какие генетические вариации приводят к образованию каллуса. Их анализ выявил гены, которые вызывают быстрое деление клеток, и гены, которые его ограничивают.

«Образование каллуса является важным шагом в создании новых генно-инженерных растений», — сказал Мучеро. «Без способности образовывать костную мозоль вы зашли в тупик. Вы можете внедрить свой ген, но не можете вырастить растение».

«Быстрое восстановление растений — одна из целей, к которой мы стремимся», — сказал Джерри Тускан, корпоративный сотрудник ORNL и директор CBI. «Мы изучаем пролиферацию клеток как средство повышения эффективности трансформации».

То, что полезно для тополя — активные индукторы мозолей в сочетании с неактивными каллус-супрессорами — может быть рецептом рака у людей.

Ориентация на новые методы лечения рака

Все восемь ключевых генов образования каллуса тополя имеют эквиваленты у людей. Эти же гены связаны с конкретными заболеваниями, включая хронический миелолейкоз, рак молочной железы и рак желудка. Хотя эти вызывающие рак гены-концентраторы хорошо известны, только изучив их у тополя , ученые смогли увидеть связь между генами-концентраторами и множеством связанных генов, которые играют роль в их регуляции.

«Мы смогли построить эти сети о том, как эти гены были связаны друг с другом и промежуточными сигналами, которые происходили одновременно», — сказал Тускан. «С помощью этой библиотеки коэкспрессируемых генов фармацевтические компании могут начать определять новые цели для терапии».

Например, новое лекарство может препятствовать функционированию ассоциированного фермента и отключать или блокировать генетический путь, который запускает формирование опухоли. Тополя могут помочь искоренить лучшие цели для разработки лекарств.

Новая платформа для тестирования

Поскольку тополя никогда не были одомашнены, люди сильно различаются по своему генетическому составу. Ученые часто могут идентифицировать генетический вариант, который приводит к определенному фенотипу или характеристике, исследуя несколько сотен деревьев. Для сравнения, потребовались бы сотни тысяч людей, чтобы сделать подобное открытие у людей, которые на 99,9% идентичны по своей ДНК.

Стрессы, которые не могут быть применены к людям или лабораторным крысам, могут использоваться в экспериментах на контролируемых растениях для проверки того, что ген приводит к фенотипу в различных условиях. Это более глубокое понимание того, как функционируют эти генетические сети, может дополнить результаты традиционных исследований на мышах, чтобы повысить эффективность новых лекарств, поступающих в клинические испытания.

«В то время как мы в CBI сосредоточены на новых знаниях и технологиях для биотоплива и биопродуктов, очень приятно знать, что наша работа имеет более широкие возможности для улучшения здоровья людей», — сказал Тускан.