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Articles by Guri Giaever in JoVE
JoVE General
バーコード酵母ライブラリーの競争力のあるゲノム画面
1Banting and Best Department of Medical Research and Department of Molecular Genetics, University of Toronto, 2Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research, University of Toronto, 3Donnelly Sequencing Centre, University of Toronto, 4Genetics and Molecular Biology Branch, National Human Genome Research Institute, NIH, 5Stanford Genome Technology Center, Stanford School of Medicine, Stanford University, 6Department of Pharmaceutical Sciences, University of Toronto
我々は包括的、公平なゲノムワイドな遺伝子薬剤と遺伝子 - 環境相互作用を理解するために画面を開発しました。これらの変異体のコレクションをスクリーニングするための方法が提示されます。
Other articles by Guri Giaever on PubMed
出芽酵母の転写応答エージェントに DNA 損傷は、これらのエージェントに対する保護する遺伝子を識別しません。
すべての不要な出芽酵母の遺伝子の削除の最近完了のこの生物細胞毒性薬への感度に影響を与えるそれらの遺伝子を決定する新しい強力な方法を提供しています。我々 このシステムの仮説をテストするにはその遺伝子の DNA 損傷をした後は、損傷を生存のための重要な転写を増加使用しています。我々 4 つの DNA 損傷のエージェントに酵母の生存のために重要であるそれらの遺伝子を識別するために不要な遺伝子のホモの削除を 4,627 二倍体系統のプールを使用する: 電離放射線、紫外線、およびへの暴露シスプラチンまたは過酸化水素。さらに同じ DNA 損傷エージェントへの野生型親株の転写応答を測定しました。我々 は必要な DNA 有害なエージェントに生存のための遺伝子と転写後の露出増加するそれらの遺伝子との関係が見つかりません。これらのデータは、少数の二本鎖切断、ピリミジン 2 量体単一鎖切断、基本ダメージ、DNA のクロスリンクを含むこの研究では, 生成される DNA 病変の修理にかかわる遺伝子のいずれかに応答してこれらの病変を生成エージェントの有毒な線量に誘導される場合、表示します。これらの病変の修理のために必要な酵素、細胞内の十分なレベルであることを示唆します。データはまた遺伝子発現プロファイリングから DNA 有害なエージェントによって生成される病変の自然容易に推定できないことをお勧めします。
酵母におけるひと疾患遺伝子の系統的な画面です。
酵母と人間のミトコンドリアの間の類似性が高い機能のゲノム研究の疾患に関与するヒトの遺伝子を識別するために使用する酵母のことができます。これまでのところ、102 の遺伝性疾患は人間に知られている核エンコード ミトコンドリア蛋白質の四分の一の欠陥に起因しています。ただし、のみ 40-60% の推定ミトコンドリアの機能と生合成に関与する 700-1,000 タンパク質が識別されているため多くのミトコンドリアの病気の一部原因不明、残ります。ここで既存の全ゲノム プール 1h16-4 酵母のミトコンドリア蛋白質を識別するを使用して組織的機能画面を適用されます。300 万測定ひずみフィットネスの削除の 265 が新しかった、ミトコンドリアの呼吸障害 466 の遺伝子を識別しました。我々 のアプローチは遺伝子発現解析より 5 倍大きい選択を含む他の体系的なアプローチより高い選択を与えた。これらの利点のミトコンドリアを含むヒトの疾患に適用するには、人間オルソログ識別し、ゲノム地図の位置情報を用いた遺伝性疾患にリンクされていた。
機能的な出芽酵母ゲノムのプロファイリング。
遺伝子欠失の効果を決定する遺伝子の機能を理解する基本的なアプローチです。バイアスが、従来の遺伝的画面を展示し、頻繁に表現型の貢献遺伝子を逃しています。我々 は体系的に遺伝子欠失変異株 (注釈付きの開いたリーディング ・ フレーム、または ORFs の 96%) の出芽酵母のほぼ完全なコレクションを構築しました。一意に '分子バー_コード' と呼ばれる DNA シーケンスは並列とフィットネスの貢献に高密度オリゴヌクレオチドのアレイへの交配によって定量的に評価するには、各遺伝子の分析に彼らの成長を有効にする各菌株を識別します。我々 は以前に知られている表示し、新しい遺伝子はよく研究されている六つの条件下での最適の成長に必要な: 高塩、ソルビトール、ガラクトース、pH 8 媒体とナイスタチンの最低限の治療。メッセンジャー RNA 発現の大幅な増加を示す遺伝子の 7 ％ 未満も最適の成長の 4 つのテスト条件を必要です。我々 の結果は、酵母遺伝子欠失コレクション機能ゲノミクスの貴重なリソースとして検証します。
薬物作用を理解する化学ゲノム アプローチ。
酵母削除の完全なコレクションは、遺伝子の機能を理解するため独特の生活生物コンピューターを表します。分子 'バーコード' 削除系統の各存在任意任意任意の実験条件下での遺伝子の重要性の定量的なランキングを許可します。この記事では、薬物作用のメカニズムを理解する酵母削除コレクションを悪用実験から生成された最近の結果の一部を説明します。
Chemogenomicプロファイリング：酵母における小分子の機能的相互作用を識別する
我々は機能的には小分子および細胞増殖の阻害の結果と相互作用するそれらの遺伝子産物の同定を可能にする酵母のゲノムワイドなプロトコルの有効性を示しています。ここでは、ヘテロ接合体酵母の欠失株の完全なコレクションに対して80のゲノムワイドな実験で10多様な化合物をスクリーニングした結果を示す。これらの化合物は、抗がん剤及び抗真菌剤、スタチン、alverineクエン酸とジクロニンが含まれています。いくつかのケースでは、我々は以前から知られている相互作用を同定し、さらに、それぞれのケースで、我々の分析は、化合物およびその細胞標的の間の関係が十分に確立されていた場合でも、新規細胞間相互作用を明らかにした。さらに、我々は、細胞が関連した構造の化合物と同様に応答することができることを実証し、ERG24ヘテロ接合体欠失株を阻害する3治療の異なる化合物間で共有される化学物質のコア構造を同定した。 in vivoでのオンとオフターゲット効果を識別する能力は、低分子ゆらぎに対する細胞応答を理解するための基本です。
真核生物の遺伝子発現における雑音の最小化。
すべての有機体の蛋白質の生産率を制御するための精巧なメカニズムがあります。しかし、タンパク質の生産はまた確率変動や「ノイズ」の対象です。出芽酵母と大腸菌におけるいくつかの最近の研究は、転写と翻訳料金とタンパク質レベルにおける確率的揺らぎの関係、またはより一般的に、どのようにこのような乱数関数の組み込みと外因ですについて検討しました。しかし、タンパク質発現における確率が一般的に生物学的に関連しているかどうかという基本的な問題が解決されていないとランダム ・ ノイズの大部分の遺伝子のタンパク質生産率のすべての生物のフィットネスに大きく影響するかどうか不明のまま。生物が変異蛋白質蛋白質の遺伝子の 2 つのクラスのレベルに特に敏感なべきであることを提案する: その削除ですが有機物やエンコード多蛋白質複合体のサブユニット遺伝子に致死遺伝子。確率遺伝子発現の実験的検証モデルで出芽酵母を使用して、我々 はほぼすべて酵母遺伝子のタンパク質生産で雑音を推定し、不可欠と錯体形成蛋白質の生産の生産のほとんどの他の遺伝子よりも低いレベルのノイズを含む私たちの予測を確認します。我々 の結果遺伝子発現における雑音が生物学上重要な変数を個体のフィットネスには、一般的に有害である、自然淘汰の対象である仮説を支持します。
酵母のゲノムワイドプロファイリングによって明らかになったハプロ不全のメカニズム
ハプロ不全は機能喪失対立遺伝子のヘテロ接合体である二倍体生物の支配的な表現型として定義されています。ヒトの疾患との関連性にもかかわらず、ハプロ不全の程度もその正確な分子メカニズムはどちらもよく理解されている。我々はhaploinsufficient成長欠陥を付与するすべての遺伝子を識別するためにフィットネスが豊富でプロファイリング（YPD）と最小限のメディアを介してハプロ不全のためにゲノムを調査するために、サッカロミセス·セレビシエヘテロ欠失株の完全なセットを使用していました。このアッセイは、試験されたすべての約5900の遺伝子の約3％YPDで成長のためのhaploinsufficientあることが明らかになった。遺伝子のこのクラスは、機能的にこのようなリボソームの分子複合体によって行わ代謝プロセスのために濃縮される。多くのYPDでハプロ不全のは、特定の遺伝子産物だけYPDの成長のためのレート制限であることを示唆し、最少培地に各菌株の増殖速度を遅くすることによって軽減される。全体として、我々の結果は、酵母のハプロ不全の主要なメカニズムが不十分なタンパク質の生産によるものであることを示唆している。我々は人間のハプロ不全疾患に酵母における我々の調査結果の妥当性を議論する。
蛋白質進化速度の機能ゲノム解析。
タンパク質の進化速度は桁違いに変わる。最近の仕事は、大きなデータ セット高スループット機能ゲノム実験から結果と共に、進化速度の解析がこのような劇的に異なる速度で進化する蛋白質を引き起こす要因を識別できること示唆しています。この目的のために、我々 の進化速度推定目 3,000 タンパク質の出芽酵母酵母の種の 4 つと発現と蛋白質のトレーニングのレベルとの関係を調べた。各蛋白質の非変異体の蛋白質のための成長率によって推定されました。私たちの分析のこれら改良された進化的で機能的な genomic データ セットの結果は 3 つメイン。最初に、トレーニングと式タンパク質の進化の速度に独立した、重要な効果があります。第二に、表現のレベル、研究室での測定は非見積もり、実際の生体効果を反映する可能性があります変量の削除のデータ セットをフィルターを使用できます。第三に、構造方程式モデルのショーを私たちは合理的にトレーニングと発現タンパク質の進化速度に大きな効果があることを推測可能性がありますが、まだこれらの効果の相対的な力推定できないこと。
Chemogenomic ・ プロファイリング、潜在変数モデル。
プロファイリング データ ハプロで遺伝子または実験の属するクラスターを 1 つだけ制約を課すアルゴリズムのクラスタ リングによる多面遺伝子をしばしば誤分類します。我々 は遺伝子クラスターし、与えられた遺伝子や薬物にのみ 1 つのクラスターに表示されることを必要とせず実験一般確率モデルを開発しました。モデルには、クラスタ リングの手順をガイドする既知の遺伝子の機能アノテーションも組み込まれています。
機能的に異なるDNA損傷剤に対する耐性のためのゲノムワイドな要件
DNA損傷物質に対する細胞応答の機序と治療の違いは完全に強烈な研究にもかかわらず、理解されていません。 DNA損傷の知識を展開するには、我々は、サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）の約4700バーコードホモ接合性欠失株の完全なプール12に密接に関連し、DNA損傷剤の効果を測定した。私たちのプロトコルでは、欠失株が一緒にプールや化合物の存在下で競争力のある栽培されています。相対歪感度は、バーコード補完を運ぶオリゴヌクレオチド配列にPCR増幅バーコードのハイブリダイゼーションによって決定されます。これらの画面は、十分に特徴付けられたDNA損傷応答経路だけでなく、その役割は、DNA損傷応答における以前に確立されていなかった遺伝子の遺伝子を同定した。高スループットの個々の成長分析は独立してマイクロアレイ結果を確認するために使用されていました。各化合物は、固有のゲノムワイドなプロファイルを生成する。これらのデータの分析は、私たちは、12プロファイル各化合物に対する抵抗性についてDNA修復モジュールの相対的な重要度を決定することができました。クラスタリング12種類の化合物のデータは、DNA損傷応答を構成する既知および新規の両方の機能的相互作用を明らかにし、私たちは鎖間架橋の修復に必要な遺伝的決定を定義することができました。さらに、遺伝子解析では、これらの官能基のいずれかのエピスタシスの決定を可能にした。
ユニークでユニバーサル分子バーコードの配列
分子バーコード配列は、固有の20塩基対（bp）のDNAタグを使用して並列に生物学的サンプルの何千もの分析が可能になります。ここでは、それは少なくとも5つはすべてのタグの機能を複製します含むという点で、マイクロアレイ間で一意である新しいバーコード配列を、紹介します。劇的に機能を複製するより小さい分散を使用すると、単一の大きな機能と性能を向上させ、以前に検出され、ハイブリダイゼーションの欠陥の補正を可能にします。
遺伝子ネットワークを識別するための実験的アプローチ
システム生物学は、細胞生理学の完全に統合されたビューの約束を提供しています。この可能性を実現するには、多様なゲノムワイドなデータセットの分析と統合されたネットワークにこれらの分析の取り込みを必要とします。過去10年間では、出芽酵母サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）は、このような大規模な実験を設計するためのベンチマークを提供しています。これらの実験的アプローチの多くは、分子ツールの独創的なセットを使用して、ワーム、ハエ、魚や哺乳類培養細胞を含む他のシステムを勉強するために採用し、適応されている。
パーキンソン病を生産する毒性物質の細胞内標的を同定するための化学ゲノムプロファイリング
酵母の削除コレクションは、すべての非必須遺伝子の両方のコピーのために削除された約4700株が含まれています。このコレクションは、機能的に薬物と相互作用する細胞経路を同定するための強力なリソースです。本研究では、サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）の約4700バーコードホモ接合性欠失株の完全なプールは、1 - メチル-4 - phenylpyridinium（MPP（+））とN、N-ジメチル-4-4と相互作用する遺伝子/経路を識別するために調査を行った-bipiridinium（パラコート）、パーキンソン病を作り出すことができる神経毒物。各酵母変異体は、分子 "バーコード"されているコレクションは、競争的に成長し、マイクロアレイのハイブリダイゼーションによって感度をランク付けすることができます。これらの画面からの分析データは、私たちは多胞体体経路は、MPP（+）とパラコートの両方によって誘発される毒性の重要な要素であることを確認することができました。 MPP（+）とパラコート毒性に対する感受性を示した削除したときに酵母遺伝子は80％が高度にヒト相同体（電子<10（-8）を含む）に保存されていることが判明した、ヒト遺伝子への相同性について分析した。これらのヒト遺伝子はまた、機能的にMPP（+）とパラコート毒性と相互作用する可能性がある場合、将来の仕事は、対処します。
コンビナトリアル遺伝子欠失の高解像度フィットネスプロファイリングを用いた体系的なパスウェイ解析
体系的な遺伝的相互作用の研究では、多くの細胞プロセスを照らしています。ここでは、定量的にプールされた欠失株のchemogenomicフィットネスプロファイリングによって決定されるDNA損傷剤メチルメタンスルホネート（MMS）に耐性を付与する26サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）の遺伝子間の遺伝的相互作用を調べます。我々は、これらの26の欠失のすべての組み合わせに対応する650ダブル欠失株を構築した。シングルとダブルの欠失株のフィットネスは、MMSの存在下および非存在下で測定した。遺伝的相互作用は、統計的、古典的遺伝学の両方から原理を組み合わせることによって定義されています。結果としてネットワークがMph1ヘリカーゼ（しかし異なる）SGS1ヘリカーゼに似ている相同組換え由来のDNA中間体を解決する役割を担っていることを予測しています。我々の結果は、機能的な関係と経路の順序を明らかに小分子および多因子の欠失変異体の有用性を強調しています。
ハイスループット酵母ハローアッセイを使用した生理活性小分子の発見を加速する
出芽酵母サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）、基本的な真核細胞生物学の研究のための強力なモデルシステムでは、生理活性小分子を同定するためのスクリーニングツールとしてますます使用されています。我々は簡単に自動化されたハイスループットスクリーニングのロボットと互換性のある新たな酵母の毒性スクリーンを開発しました。新しい画面が定量的であり、サンプルの拡散は濃度勾配とそれに対応する毒性ハローを提供するので、阻害強度を決定することができます。この新しい画面の効能は、NCIのライブラリーから3104化合物を、167海綿粗抽出物、149原油、海洋由来真菌の抽出物を含む材料をテストすることによって説明された。 NCIのセットの間で46に活性な化合物がありました。 1つの非常にアクティブな抽出物は強力な抗真菌剤としてcrambescidin 800の識別、その結果、生物活性誘導分画に選ばれました。
内因タグ酵母アレイを用いたタンパク質タンパク質相互作用を調べる：クロス·アンド·キャプチャ·システムを
タンパク質 - タンパク質相互作用薬（PPI）を検出するための包括的なアプローチは、酵母モデル系で最も成功しています。ここでは、 "クロス·アンド·キャプチャ"を異なる方法でタグ付けされた酵母株の配列のプルダウンを経由してPPIの迅速、高感度評価のための新規アッセイを提示します。そのDNA複製、修復、および未知の関数の組換えおよび核タンパク質の機能は約500酵母遺伝子が染色体に6個のヒスチジン残基またはトリプルVSVエピトープでタグ付けされた。我々は、アッセイが増加した分解能と感度を持つ以前から知られているタンパク質複合体の広い範囲を問い合わせることができることを示す。 Rtt101p-Mms1pとSae2p-Mre11p：さらに、我々は2つの新規タンパク質複合体を識別するために "クロス·アンド·キャプチャ"を使用しています。 Rtt101p-Mms1pの相互作用は、その後、遺伝的および機能的な分析によって特徴付けられた。我々の研究は、酵母プロテオーム研究の次の世代のための貴重な補数を提供しています小説、汎用性の高いツールとして "クロス·アンド·キャプチャー"アッセイを確立します。
プールされた文化のバーコードサッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces Cerevisiae）遺伝子を欠失変異体のゲノムワイド解析
Saccharomyces cerevisiaeにおける遺伝子欠失変異体のほぼ完全な（96％）コレクションの可用性が大幅に酵母における遺伝子機能の系統的解析を容易にします。それぞれの欠失株でユニークな20 bpのDNA "バーコード"や "タグ"は、単一のプールされた培養液から解決すべき欠失変異体の何千もの個々のフィットネスを有効にしてください。ここでは、タグのマイクロアレイタグ付き酵母欠失変異体のプールされた文化の研究のためのプロトコルを提示します。プールされた成長、ゲノムDNAの単離、バー、アレイハイブリダイゼーションおよびデータ解析のPCR増幅：このプロセスは、主に5つの手順を実行します。プールされた欠失のスクリーニングは、遺伝子機能を研究するアクションの化合物のモードを発見し、創薬ターゲットを識別するために使用することができます。これらのアプリケーションに加えて、バーコードの配列で、プールされたサンプルを研究する一般的な方法はまた、他の生物の変異体コレクション、短鎖干渉RNAベクターと分子反転プローブとして試料の他のタイプで使用するために適合させることができます。
遺伝的相互作用を定義します。
時々 2 つの遺伝子の突然変異に照らして個々 の突然変異の個々 の効果意外では表現型を生成します。遺伝的相互作用を定義します、この現象は、遺伝子および細道の機能的関係を明らかにすることができます。たとえば、二重突然変異による驚くほど遅い成長代償経路やタンパク質複合体を識別することができますの相乗作用を定義します。最近の研究は遺伝的相互作用 (ここで呼ぶ製品、添加剤、ログ、および Min) の 4 つの数学的に明瞭な定義を使用しています。定義いくつかの条件下で同じ結果が得られるのでこの選択に実用的な結果を保持しているかどうか明確にされていません。ここでは、代替の定義の間で選択が深遠な影響を持つことができることを示します。出芽酵母における既知の相乗遺伝的相互作用の 52% 分の定義によると推定されたが、我々 は実質的に相当する (ここに示す） 製品とログの両方の定義機能上の関係を識別するために分よりも優れていることを見つけます。さらに、添加剤とログ定義、各集団遺伝学で一般的に使用される関連の有性生殖の選択的利点に異なる結論につながる. します。
天然物の作用機序を探るための化学遺伝学的アプローチ
天然物を含む生理活性化合物の作用機序を決定し、化学生物学の中心的な問題である。このモデルシステムのために開発されている多くの遺伝子が酵母からヒトとの強力なゲノムツールの数や方法論に保存されているので、酵母は、化学遺伝学の分野に多大な貢献を行っています。約1000の必須遺伝子のセットを含む約5000可能な半数体とホモ接合二倍体欠失変異体のセットと、約6000ヘテロ欠失変異体の完全なセットを含むバーコード酵母欠失変異体、、、、一連の化学遺伝を識別するための非常に有益な証明している相互作用と行動の解読複合モード。特定の薬剤に過敏セルをレンダリングする遺伝子欠失は、バッファの薬物の毒性作用に対する細胞とすることにより、遺伝子や化合物の機能の両方についての手がかりを提供している経路を特定します。また、類似の化学遺伝的プロファイルをしばしば混乱させる類似の標的経路を示す化合物。遺伝子量は、化合物とそのターゲット間の接続を検出するために悪用される可能性があります。たとえば、約6000ヘテロ二倍体の欠失変異体のセットが化合物に過敏症のために得点されている抗真菌化合物のハプロ不全·プロファイリングは、直接ターゲットを識別することができる。主要な人間の真菌病原体カンジダ·アルビカンス（Candida albicans）を含む他の真菌種の欠失変異体のコレクションを、作成するには、直接抗真菌剤リード薬をスクリーニングするために私達を許して、私たちの化学ゲノミクスのツールセットを展開します。酵母欠失変異体コレクションもゲノムワイドな合成致死の画面や化学物質の遺伝的データとこのデータの統合が目標経路に化合物をリンクするための強力なシステムを提供する必要がありますから得られた大規模な遺伝的相互作用のデータをマップするために悪用されています。酵母の化学遺伝学の広範なアプリケーションは、すべての約6000酵母遺伝子の大部分の小分子阻害剤を開発する可能性を秘めています。
酵母の化学ゲノムの肖像：すべての遺伝子の表現型の覆いを取る
遺伝学は、遺伝子型と表現型との関係を理解することを目指しています。ほとんどの酵母遺伝子の完全欠失（約80％）が豊富な培地では明らかな表現型の結果を持っていませんしかし、それはその機能を研究することは困難である。ゲノムのこの不必要な分のために表現型を明らかにするために、我々は酵母の全ゲノムヘテロ接合とホモ接合性欠失コレクションで1144年の化学ゲノムアッセイを行い、化学物質や環境ストレス条件の存在下でそれぞれの欠失株の生育適性を定量化した。我々は、ほぼすべての遺伝子は、少なくとも1つの条件で最適な成長のために不可欠であることを示唆している、遺伝子欠失の97％が測定可能な成長の表現型を示したことがわかった。
酵母表現型スクリーンを用いた緑膿菌外酵素Sの小分子阻害剤の同定
緑膿菌は、嚢胞性線維症患者の死亡率の重要な要因である日和見ヒト病原体であり、感染がヒトの健康への世界的な脅威の増加を表しています。抗生物質に対する緑膿菌の抵抗が増加しているので、この菌の薬理学的に検証し、ターゲットの新しい阻害剤が必要とされている。ここでは、大規模な阻害剤の画面を組み合わせた細胞ベースの酵母表現型のアッセイは、選択した緑膿菌のORFの異種発現によって引き起こされる毒性を抑制することができる小分子阻害剤を同定したことを示している。我々は細胞外酵素S（EXOS）、III型分泌に関与する毒素の最初の小分子阻害剤を同定した。我々は、この阻害剤、exosinは、抑制が直接的であることを示唆、in vitroでEXOS ADP-リボシルトランスフェラーゼ活性を調節することを示している。さらに、そのアナログのexosinと2は、in vivoでシュードモナス感染に対する重要な保護効果を表示します。アッセイは酵母で行われたため、さらに、我々は既知のヒトEXOSターゲットのいくつかの酵母ホモログ可能性が高い毒素によるADP-リボシル化されている実証することができました。例えば、インビトロ酵素アッセイで使用して、我々は、酵母Ras2p直接EXOSによって変更されることを示している。最後に、酵母の欠失変異体のコレクションを調査して、我々は、アクションの細菌毒素モードの部分は、酵母からヒトに保存されていることが明らかにEXOSの補因子としてBmh1p、人間のFASの酵母ホモログを同定した。一緒に、我々の統合されたセルベース、化学遺伝学的アプローチは、このような画面が従来の薬剤スクリーニングのアプローチを強化し、ヒト病原体の広い範囲に対して、新しい化合物の発見を容易にすることができることを示しています。
酵母の全ゲノム重複のうち、エピスタシスの広範かつ条件に依存する自然
現存重複（パラログ）間の完全な冗長性は進化的に不利であるため、機能的な一致、ある程度は、最終的には失われます。しかし、出芽酵母では、実験的証拠が重複代謝酵素を収集し、グローバルな物理的相互作用の調査ではパラログ間で広く機能的な重複を示唆していた。維持機能の重複が遺伝子変異に対するロバスト性を付与し、環境適応性を促進すると考えられているが、それは姉妹の遺伝子を削除した場合の表現型の結果を補正することができますパラログを定義するプロパティが決定されていないが、このエピスタシスはどのように広範であり、どのように順応性のあるIT別の環境の状態に向かっている。この目的のために、我々は出芽酵母サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）で発生した古代の全ゲノム重複（WGD）イベントに起因するパラログの間に悪化させる遺伝的相互作用によって示されるように上位の包括的な実験的な分析を行い、その結果、大型のプロパティを比較することができたた発散以来、同じ進化の時間を持つ上位性と非エピスタシスパラログの数。我々は399 examinable WGDパラログのペア（140）3分の1以上は、標準的な実験条件下で上位性であったとエピスタシスの追加のケースが唯一の細胞ストレスを誘導するために設計されたメディアの条件下で明らかになったことがわかった。内の種のシーケンスの共同保全の大幅な増加にもかかわらず、タンパク質相互作用の解析は、標準的な実験室条件下でエピスタシスパラログは、より機能的に非エピスタシスものよりも重複されていないことを明らかにした。実験条件は、エピスタシスとみなさパラログの機能分類に影響を与えて、潜在的なストレス条件の一部だけがここに尋問されているように、我々は多くのエピスタシスの関係が未解決のままと仮定した。
ゲノムアッセイの統合プラットフォームは、低分子生理活性を明らかに
生理活性化合物は、広くタンパク質機能を調節するために、医薬品開発のための重要なリードとして使用できます使用されています。これらの化合物のin vivoターゲットの特定することが課題である。酵母を使用して、我々はin vivoでの小分子の効果を測定するための3つのゲノムワイドな遺伝子用量アッセイを統合しました。単一のタグマイクロアレイは、（i）ホモ接合性欠失変異体、（II）ヘテロ接合体欠失変異体、および（iii）ゲノムライブラリーの形質転換体のプールから派生した株の適合性を解決するために使用されていました。我々は、これらの3つのchemogenomicプロファイルの統合は、小分子ターゲットの同定の感度および特異性を向上させることが、8多様な参照化合物と、明らかにした。我々はさらに二つのタンパク質ホスファターゼ阻害剤の作用メカニズムを解剖し、その過程で、より効果的に特定の遺伝子型を有する細胞を感作することを組み合わせて多剤の合理的な設計のためのフレームワークを開発しました。最後に、我々は188新規合成化合物に、このプラットフォームを適用し、潜在的なターゲットと構造活性相関の両方を同定した。
酵母Barcoders：バーコード識別子を運ぶユニバーサルドナー株コレクションのChemogenomicアプリケーション
並行して、複雑なバイオアッセイを実行する能力があるため、スループットとコストの制約のそうでなければ不可能な実験を可能にします。各菌株は固有のDNA配列をバーコード化されるので、たとえば、定義されているサッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）の遺伝子欠失株の何千ものプールされたコレクションを用いた高並列化学遺伝画面が実現可能である。ただし、個別にバーコードの個々の菌株に時間がかかり、高価である。酵母のコレクションをバーコードのシンプルかつ一般的な方法を提供するために、我々は体系的に任意のS. cerevisiaeのコレクションに転送することができますユニークなバーコードで、Barcodersと呼ばれ、ドナー系統のセットを構築しました。我々は、すべての本質的な酵母遺伝子の87.1％を占める（DAMP）機能喪失株 'mRNAの摂動減少豊富な'バーコードのコレクションを生成することで、この技術を適用した。これらの実験は、ゲノムワイドな化学遺伝子アッセイのための有用なツールとしてBarcoders、湿った菌株コレクションの両方を検証します。
向精神薬のオフターゲット効果は、酵母のゲノムワイドアッセイで明らかに
優れた広く処方されている向精神薬のオフターゲット効果を理解するために、我々は、モデル系として出芽酵母サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）を用いてchemogenomic画面の包括的な一連を行った。これらの薬剤の既知のヒトターゲットは酵母には存在しないため、我々は、酵母遺伝子欠失コレクションと平行フィットネス·プロファイリングは、ゲノムワイドな方法で潜在的なオフターゲット効果を探るために採用可能性があります。 214、テスト、文書化された向精神薬の中で、我々は、野生型酵母の増殖を抑制する81化合物を同定し、その結果ゲノムワイドフィットネスプロファイリングのために選択した。これらの薬剤の多くは、複数の細胞機能に影響を与える傾向がありました。分析した薬の半分の感度プロファイルは、そのような分泌、タンパク質フォールディング、RNAプロセシング、クロマチン構造などのコアな細胞プロセスのために濃縮した。興味深いことに、フルオキセチン（プロザック）は、細胞極性の確立を妨げ、シプロヘプタジン（Periactin）パロキセチン（パキシル）は潜在的な二次的創薬ターゲットを示唆している、本質的なRNA代謝遺伝子に干渉しながら、クロマチンリモデリングの役割と必須遺伝子を対象とした。また、より最近開発された非定型抗精神病薬のクロザピン（Clozaril）は典型的な抗精神病薬ハロペリドール（ハルドール）やピモジド（Orap）より酵母にはより少ないオフターゲット効果がなかったことがわかった。我々の結果は、モデル生物薬理遺伝学的研究では、副作用が少ないと化合物誘導体を考案するため、個々の患者の遺伝子型に薬物治療を調整するための両方を意味し、臨床的に重要な精神薬のオフターゲット効果を理解するための合理的な基礎を提供し、合理的なことを示唆示唆している。
酵母の化学ゲノミクスと創薬：アップデート
サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）シーケンシングプロジェクトは、（最初の真核生物のゲノムが解読された）、1995年に完成し、その後、酵母のノックアウトコレクションの最初のバージョンは、2002年に利用できるようになりました。それ以来、多くの多様な研究では、アクションの薬物メカニズムを理解すると新規創薬ターゲットとターゲット経路を識別するためにこれらのリソースを適用している。以前のレビューの今回のアップデートでは、我々は酵母の化学ゲノム的アプローチの現在の状態のスナップショットを提示し、前方にフィールドを移動するために統合された化学的ゲノムアッセイのセットを提案し、その短期的な将来を考えてみましょう。
組み合わせ化学遺伝学
生物の行動を予測することはそれらの膨大な複雑さから膨大な課題となっています。生物学的システムをモデル化するための努力は、物理的な結合実験および摂動の研究によって生成された大規模なデータセットを必要とします。遺伝的摂動は、重要な証明されていると大幅にモデル生物の包括的な変異体ライブラリーの出現によって促進されています。小分子の化学perturbagensは、特に変異体のライブラリが不足しているシステムでは、補完的なアプローチを提供し、容易に不可欠な遺伝子の機能を調べることができます。単一の化学的または遺伝的摂動は、経路や表現型、経路およびコンポーネントのモジュール間の機能的な関係を持つ個々のコンポーネントを関連付ける重要な情報（例えば、遺伝子、タンパク質または小分子）を提供するのに最も効果的に結合された摂動実験から得られます。ここでは、現在の状態を確認し、 "組み合わせの化学遺伝学"は、複数の化学物質または混合の化学的および遺伝的摂動の体系的なアプリケーションのためのいくつかの将来の方向性を議論し、生物学的システムへの洞察を得るために両方と医学的発見を容易にする。
イミダゾ[1,2-a]ピリジン - ピリミジンとの化学遺伝的プロファイリングは、ターゲットを明らかに酵母とヒト細胞の間で保存パスウェイ
小分子は、細胞生理学を理解するために強力かつ選択的なプローブであることが示されている。ここでは、イミダゾは[1,2-a]ピリジン及びイミダゾ[1,2-a]ピリミジン不可欠、保存された細胞プロセスを標的化合物のクラスを構成することを示している。サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）で検証chemogenomicアッセイを使用して、我々は発見した2つの密接に関連する化合物、イミダゾ[1,2-a]ピリジン及びピリミジン単原子によって異なるが、生体内でのアクションの明確に異なるメカニズムを持っています。 2 - フェニル-3 - ニトロソ-イミダゾ[1,2-a]ピリジンは、電子輸送とミトコンドリア機能の欠陥を持つ酵母菌株に対して毒性であり、ミトコンドリアの断片化を引き起こし、ミトコンドリア破壊することによって、その化合物13の行為を示唆している。これとは対照的に、2 - フェニル-3 - ニトロソ-イミダゾ[1,2-a]ピリミジン核DNAと誘発突然変異生成への損傷を引き起こし、DNA毒を務めた。我々は、無傷のDNA修復経路を必要とし知られている化学療法剤、見つかった抵抗に化合物15を比較した。したがって、イミダゾピリジンと - ピリミジンの構造の微妙な変化は劇的にこれらの化合物およびin vivoでその効果の標的細胞内の両方を変更します。特に興味深いのは、アクションのこれらの異なるモードでは、酵母で得られた化学遺伝的プロファイルは、酵母における我々の観察が可能であることを示す、培養細胞でrecapitulatedていることが示唆された、ヒト細胞での実験で明らかであった：（1）作用機序を決定するために活用すること哺乳動物細胞中で、（2）新規な構造活性相関を示唆している。
欠失変異体の並列解析による鉄および銅の過負荷（Saccharomyces Cerevisiae）の毒性反応に関与する遺伝子の同定
鉄と銅は、それらが多くのタンパク質の機能に必要であるように生命の必須栄養素であるが、過剰に存在する場合は有毒であることができます。過負荷障害および/または高環境曝露の結果として、人間の体内で、これらの金属の蓄積は、健康に有害な影響を持っています。出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeは、主に関与する経路と蛋白質間の保全度の高いヒトにおける鉄と銅代謝のために認められた細胞のモデルです。ここでは、鉄と硫酸銅の成長阻害濃度に毒性反応に関与する遺伝子を識別するために、酵母の欠失変異体を用いた体系的な画面を報告します。我々は、大幅にこれらの遺伝子を豊かに異なるサブネットワークと生物学的プロセスを分析することにより、これらの2つの金属の毒性濃度に対する細胞応答を理解することを目的とした。我々の結果は、液胞に向かって収束する鉄と銅の2つの異なる解毒経路の存在を示す。これらの経路の同定された遺伝子のいくつかの製品は、哺乳類に保存されている分子複合体を形成し、関与する機序がヒトに外挿することができることを示唆し、レトロマー、輸送に必要なエンドソーム選別複合体（ESCRT）とAP-3複合体が含まれています。我々のデータはまた、イオン恒常性の混乱、特に、銅の曝露後の鉄のことを示唆している。また、銅などの鉄とトリプトファン生合成のためのDNA二重鎖切断修復のような生物学的プロセスに関連付けられている治療特異的遺伝子の同定は、これら2つの金属が高濃度で有毒される際のメカニズムの違いを示唆している。
スフィンゴ脂質生合成の化学的阻害効果のスペクトルを明らかにするために酵母におけるケミカルゲノミクス画面を組み合わせた
モデル生物の出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeにおける薬剤感受性に変化した遺伝子量の効果のための単一ゲノムワイドな画面では、薬剤の作用機序の一部のみ画像を提供しています。
計算ドリブン、定量的な実験では、ミトコンドリア生合成に必要な遺伝子を発見
ミトコンドリアは、呼吸、イオンの恒常性、アポトーシスを含む多くの細胞プロセスの中心である。伝統的な定量的な実験を組み合わせた計算予測を使用して、我々は、その欠乏はSaccharomyces cerevisiaeのミトコンドリア生合成と継承を変更する100タンパク質を同定した。さらに、ミトコンドリア生合成における合成欠陥を持つ別の9遺伝子を検出対象とし二重変異体解析を実行する計算の予測を使用していました。これは以前から知られている以上の参加者の約25％の増加を表しています。これらの新たに特徴付けられるタンパク質のほぼ半分は、ヒトの疾患に関与していることが知られているいくつかのオルソログを含む哺乳類に保存されている。これらの遺伝子の多くの変異は、伝統的な遺伝子スクリーニングまたはハイスループット技術によって検出される可能性がある、と47は以前にミトコンドリアに局在化されていないよりも統計的に有意なミトコンドリアの透過の表現型は、より微妙示しています。我々はさらなる成長のプロファイリングと特に好気的呼吸と正常なミトコンドリアの運動に必要な未知の細胞質蛋白質に必要な遺伝子を同定したデュアル蛍光を使用して、これらの遺伝子のサブセットを特徴とする。我々の結果は定量的な実験的なアッセイを指示するための計算解析を活用することによって、我々は表現型ハイスループット法によって検出されなかった微妙なミトコンドリアの欠陥を持つ変異体を特徴づけてきたことを示している。
酵母Saccharomyces Cerevisiaeの鉄欠乏モデルでDeletomeとトランスクリプトーム解析の統合による鉄代謝に小説洞察
鉄欠乏性貧血は、貧血、世界中の最も一般的な形式です。酵母Saccharomyces cerevisiaeは、その細胞経路の多くが保存されている部分であるため、細胞の鉄欠乏のモデルとして使用されています。優れた細胞は鉄の可用性の変更に応答する方法を理解するために、我々は鉄限られた条件下での最適な成長のために必要不可欠な構成要素と細胞プロセスを識別するために、ホモ接合性欠失変異体の平行解析と酵母ゲノムをプロファイリング。この分析を補完するために、我々は、同じ条件で差発現したものに、フィットネスのために重要であると同定され、それらの遺伝子を比較した。解析結果は、鉄代謝に関与する細胞プロセスにグローバルな視点を提供しています。
化学遺伝学のための正確な遺伝子用量対立
変調遺伝子の投与量は、タンパク質レベルを変更して遺伝子機能を理解するために表現型を変更するための効果的な方法です。さらに、化学的摂動と遺伝子投与の対立遺伝子を組み合わせることで、薬物の遺伝子の相互作用に関する洞察を提供することができます。ここでは、体系的にサッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）の遺伝子投与量を調節する多様な機能喪失対立遺伝子を組み合わせた戦略を提示します。生成された遺伝子量対立遺伝子のセットは、新規の表現型を明らかにするための遺伝子ツールキットを展開します。
分子バーコード酵母ORFライブラリは、生理活性化合物のモード·オブ·アクション分析を可能に
我々はそれによって化合物の作用機序についての洞察を提供し、薬剤耐性を付与する変異遺伝子を識別するために設計された酵母化学ゲノミクスのアプローチを提示します。我々は、その天然のプロモーターとターミネーターによって制御される各遺伝子は、二つのユニークなオリゴヌクレオチドのバーコードと一緒に動原体ベースのベクターにクローニングされた分子バーコード酵母のオープンリーディングフレーム（MOBY-ORF）ライブラリを開発しました。 MOBY-ORFリソースが多数の遺伝的および化学遺伝的なアプリケーションを持っていますが、ここでは相補戦略を用いた変異薬剤耐性遺伝子のクローニング、野生型のバージョンでは、同時にバーコードのマイクロアレイを持つすべての形質転換体の適応度を測定することに焦点を当てる。相補性クローニングは、薬剤耐性変異に関連付けられた一意の多型を同定した全ゲノム酵母タイルマイクロアレイを用いて変異を検出することによって検証されました。我々は、いくつかの薬剤耐性変異体の遺伝的基礎を識別するために、MOBY-ORFのライブラリを使用し、この分析ではステロール結合性化合物の新しいクラスを発見しました。
遺伝子機能の解明と遺伝的経路にChemogenomicアプローチ
酵母の削除、コレクション内の約6,000株は、それぞれの系統に含まれる20 bpのDNA "バーコード"や "タグ"を検出するマイクロアレイを使用して単一の文化の中で勉強することができます。マイクロアレイで測定したバーコードの強度は、時間ポイント間、または各株の相対的な適合性を分析するための条件間で比較されます。このプールされたフィットネスアッセイの開発が大幅にゲノムワイドな遺伝子欠失の研究では、迅速かつ容易にすることによって、酵母ゲノムの機能注釈を促進しており、酵母で薬物作用を研究するためのハイスループット法の開発につながっている。プールされた画面は、遺伝子の機能を識別する経路にグループ化する遺伝子の遺伝子対の機能的な関連性を測定し、創薬ターゲットを識別し、行動の薬のメカニズムを決定するために使用することができます。プールされた細胞のアリコートを準備して、プールされた成長、ゲノムDNA、バーコード、アレイハイブリダイゼーション、およびデータ分析のPCR増幅の分離：このプロセスは、主に5つの手順を実行します。酵母のフィットネスアプリケーションに加えて、バーコードの配列で、プールされたサンプルを研究する一般的な方法はまた、変異体、他の生物のコレクション、siRNAベクター、分子反転プローブとして試料の他のタイプで使用するために適合させることができます。
ディープバーコードシーケンス経由で定量的な表現型
次世代DNAシーケンシング技術はde novoゲノムシーケンス、SNP検出、クロマチン免疫沈降、およびトランスクリプトーム解析を含む多様なゲノミクスのアプリケーションを、革命をもたらしました。ここでは、深い平行して酵母菌株コレクションを評価するために、ゲノム規模のフィットネスプロファイリングにシーケンスを適用します。このメソッドは、シーケンスによってバーコードの分析、または "バーseqは、"ダイナミックレンジとスループット両方の面で現在のベンチマークコードのマイクロアレイアッセイよりも優れています。複雑なchemogenomicアッセイに適用した場合、バーseqは定量的ベンチマークマイクロアレイアッセイに優れた性能で、創薬ターゲットを識別します。また、バーseqが多重フォーマットに適していることを示している。我々は完全に再配列を決定し、ディープシーケンシングを用いた再アノテーション酵母の削除コレクションは、バーコードと一般的なプライミング配列の約20％が期待から異なることを見出し、データの品質を向上させるためにバーコード·シーケンスのこの改訂されたリストを使用していました。一緒に、この新しいアッセイおよび解析ルーチンは、ゲノムワイドスケールで遺伝子と環境の相互作用を識別するためのディープシーケンスベースのツールキットを提供しています。
DNAバーコードのマイクロアレイのフィーチャーサイズの比較分析
マイクロアレイは、多くの近代的なゲノム研究における非常に貴重なツールです。これは、一般的にマイクロアレイの特徴のサイズを小さくすると、より高い解像度（より大きい機能密度に起因する）を持つ配列につながることを認識されていますが、解像度の増加は、感度を損なわれる可能性があります。
細胞の遺伝的景観
ゲノム規模の遺伝的相互作用マップは、出芽酵母、Saccharomyces cerevisiaeにおける全遺伝子の約75％を定量的な遺伝的相互作用のプロファイルを生成し、合成の遺伝的相互作用のために540万遺伝子の遺伝子対を調べることによって構築した。遺伝的相互作用のプロファイルに基づいたネットワークでは、類似の生物学的プロセスの遺伝子が首尾一貫したサブセットで一緒にクラスタ、および高度に相関プロファイルは遺伝子の機能を定義するために特定の経路を描くれる細胞の機能的なマップを明らかにする。グローバルネットワークは、多面発現性の細胞の配線図をマッピングすると、すべてのバイオプロセス間の機能的相互接続を識別します。遺伝的相互作用の程度は他の生物の遺伝的ネットワークハブに関する有益かもしれない別の遺伝子の属性の数と相関していた。我々はまた、遺伝的景観の広範かつ公平なマッピングが化学遺伝的相互作用と創薬ターゲット同定の解釈のためのキーを提供することを示している。
酵母のゲノムワイドフィットネスデータの体系的分析は、新規遺伝子の機能と薬物作用を明らかに
我々は体系的に酵母で数百chemogenomic画面からの遺伝子フィットネスプロファイル（共同フィットネス）と薬物阻害プロファイル（共同阻害）との関係を分析した。共同フィットネスは、他のアッセイに由来するものとは異なる遺伝子機能を予測し、条件付き依存性タンパク質複合体を同定した。共同阻害化合物は弱い構造と治療クラスでの相関を示した。我々は、化学化合物の標的タンパク質を予測するアルゴリズムを開発し、実証実験でその精度を検証した。フィットネスのデータがセルに小説、システムレベルの視点を提供しています。
表現型に遺伝子型：複雑な問題
我々は、高解像度の全ゲノム配列を生成し、個別にSigma1278b、密接にひずみS288Cを参照に関連するサッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）株で5100の遺伝子を削除しました。人間の個体間の変動と同様に、キロベースあたりSigma1278bとS288C平均3.2個の一塩基多型。欠失変異体の表現型のゲノムワイドな比較がSigma1278bとS288C特有の13〜ユニークな44の必須遺伝子を含む株による条件付きで必須であった遺伝子のサブセットを同定した。遺伝子解析は、複数の背景に固有の修飾子に応じて、条件付きの表現型は、最も頻繁に複雑な遺伝的相互作用によって支配されたことを示します。私たちの包括的な分析では、修飾子の複雑な集合の存在は、しばしば個人間の表現型の違いの根底にあることを示唆している。
高度に多重化されたバーコード·シーケンシング：プールされたサンプルの並列解析のための効率的な方法
次世代シーケンシングは、シーケンスの数はRNA-seqの、CHIP-SEQ、TN-seqおよび他のアプリケーション用のデジタル読み出しを提供して読み込み、分子カウンティングアプリケーションのための極めて有効な技術を実証しています。シーケンスの非常に大きな数は、ますます複雑なサンプルの分析を可能にし、実行ごとに得られることを読み取ります。下の複雑なサンプルについては、しかし、収穫逓減のポイントは、ときにデータの質の増加なしでオーバーサンプリングのシーケンス結果あたりのカウント数に達しています。可能な限り効率的かつ手頃な価格の、次世代シーケンシングを行うことを解決するには、単一の実行で複数のサンプルを測定することが含まれます。ここでは、DNAバーコード酵母変異体の複雑なプールの成功した96-プレックスを報告し、これらのサンプルのような "バー - seqの"評価は、バーコードのマイクロアレイは、このアプリケーションの現在のベンチマークによって提供されたデータと同等であることを示している。高度に多重配列決定によって許可されたコスト削減とスループットの向上が大幅にケモゲノミクスアッセイの範囲を拡大していきますと、等しく重要なのは、アプローチは、大規模な並列化の恩恵を受けるアプリケーションを数える他のシーケンスに適しています。
微生物の並列遺伝的解析のためのユニバーサルTagModuleコレクション
非モデル微生物のシステムレベルの分析は、多数の未同定の遺伝子の存在と、自動計算のアノテーションに対応する過度の依存によって制限されます。この課題に対する解決策の1つは、サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）の逆遺伝学を並列化に非常に成功していると、遺伝子機能、遺伝子の相互作用と作用の薬物メカニズムの発見につながっているDNAタグ技術を用いた遺伝子機能を破壊することである。微生物や、さまざまな種類のアプリケーションに酵母DNAタグの手法を拡張するために、我々は普遍的な、シーケンス検証TagModuleコレクションを作成しました。 4280 TagModulesの特徴は、彼らがこのように、互換性のある任意の遺伝子のシステムへの迅速な移転を促進する、ゲートウェイエントリーベクターにクローニングしているということです。ここでは、急速に金属還元細菌Shewanellaはのoneidensis MR-1と病原性酵母Candida albicansのトランスポゾン突然変異誘発によるタグ付き突然変異体を生成するTagModulesのアプリケーションを記述します。我々の結果はTagModuleコレクションの最適なハイブリダイゼーション特性、多様な微生物や変異体のコレクションをタグ付けフィットネスプロファイリングから得られる生物学的洞察に戦略を適用する際の柔軟性を示しています。公的に利用可能なTagModuleコレクションは、ポストゲノム時代における微生物システムの広い範囲の機能ゲノミクスのためのプラットフォーム非依存のリソースです。
線虫Caenorhabditis Elegansにおける薬物生体蓄積と生物活性のための予測モデル
薬理学的摂動に線虫（Caenorhabditis elegans）の抵抗値は、新規の小さな生物活性分子のスクリーニングツールとしての使用を制限します。小分子画面のヒット率を向上させるための一つの戦略は、ワームで、その目標に到達する可能性の増大を有する分子を事前に選択することである。構造は、ワームの防御を回避するか学ぶために、我々はワームで1,000以上の市販薬のような小分子の蓄積と代謝の最初の調査を行った。我々は、これらの分子の10％未満は、ワームの環境中に存在するものの50％を超える濃度に蓄積することを発見しました。私たちのデータセットを使用して、我々は生物学的利用能と生理活性の増加可能性を有する化合物を識別する構造ベースの蓄積モデルを開発し、我々はワームに小さな分子の蓄積を促進する構造的特徴を説明します。最初の市販の化合物数千万人に我々のモデルを適用することにより、ターゲットに到達する可能性が高くなります事前に選択の分子は、間違いなく線虫C. elegansの将来の低分子スクリーンの成功を増加します。
薬とターゲット発見のための酵母ゲノムアッセイの調査
過去10年間、モデル生物サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）を用いて化学ゲノムアッセイの開発と応用は、生体内で既知の薬物および新規の小分子の作用メカニズムを識別するための強力な方法を提供しています。これらのアッセイは、薬剤標的の経路をバッファリングに関与する遺伝子を創薬ターゲット候補を識別し、また、小分子への一般的な細胞応答を定義するのに役立ちます。このレビューでは、我々は現在の酵母の化学ゲノムアッセイを検討し、各アプローチの潜在的なアプリケーションをまとめたものです。
Saccharomyces Cerevisiaeにおけるゲノムワイドな画面が液胞タンパク質の選別、オートファジー、生合成、およびライフスパン調節に関与するtRNAのメチル化遺伝子を識別します
非分裂酵母の個体群の生存率を測定し、サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）の時系列寿命の研究は、酵母から哺乳類に至るまでの生物の老化を促進する相同遺伝子と経路の同定をもたらしました。競争力のあるゲノムワイドなアプローチを使用して、我々はどちらの増減年代寿命がその遺伝子を同定するのに約4800可能な欠失変異体の完全なセットの画面を行った。メイン画面から再検査の推定short-/long-lived変異体の半分は我々のアプローチの有用性を実証し、確認された。液胞タンパク質の選別に関与する遺伝子の欠失、オートファジーとミトコンドリア機能の短縮寿命、呼吸や分解のプロセスが長期生存に不可欠であることが確認された。その削除を大幅に延長寿命遺伝子のうち、それぞれ脂肪酸輸送と合成、細胞シグナリング、およびtRNAのメチル化に関与してACB1、CKA2、とTRM9、である。これらの遺伝子の欠失は、寿命の延長と、いくつかのモデル生物で観察された細胞の保護との間のリンクをサポートし、ヒートショック耐性を付与する。他の種ではこれらの新規な酵母の寿命決定因子の保全度の高い老化における役割が保存されるかもしれないという可能性を発生させます。
Chemogenomic投薬アッセイを用いた遺伝子機能および薬物の作用を探る
この章では、我々は理解し、薬物遺伝子相互作用のための強固な基礎を提供するゲノムワイドな、セルベースアッセイ、一連の遺伝子の機能、および小分子の作用メカニズムを定義するためについて説明します。これらのアッセイの各々は、競争力のある複雑なプールを成長させるため、このような画面の結果を報告する高密度マイクロアレイを使用する能力を活用しています。アッセイは、サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）の遺伝子量の変化を活用し、遺伝子機能および薬物のメカニズムを理解するために遺伝的ツールとして、HIP（ハプロ不全プロファイリング）、ホップ（ホモ接合体のプロファイリングなど）、MSPを（多コピー抑圧プロファイリング）が含まれてここで説明する。一般的な実験テーマは、それぞれのアッセイでは、株がプールされ、単一のアッセイでゲノム全体の薬物や環境摂動に対する感受性や抵抗に各遺伝子産物の相対的な寄与を調査するために並列で上映、ということです。さらに、これらの画面からの結果の大要は、遺伝子機能、遺伝子の遺伝子の相互作用、薬物作用のメカニズムの大規模ネットワーク解析に通知することができます。
タグトランスポゾンミュータントコレクションとカンジダalbicansの遺伝子アノテーションと創薬ターゲット探索
カンジダは免疫不全の患者に致命的なことができる感染症を引き起こす最も一般的な人間の真菌病原体である。サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）は、C. albicansのためのモデルとして使用されていますが、それはC. albicansの多様な形態形成の形態を欠いており、主に非病原性である。 S. cerevisiaeの遺伝子機能を決定するために尽力してきた包括的な遺伝学的解析は、一部の限られたリソースへの機能喪失対立遺伝子の体系的分析の表現型に起因するC.アルビカンスに阻まれています。ここでは、構築し、栄養や薬物依存のハプロ不全を調べるために競争力のある増殖アッセイでそれらを使用して、3633タグ付きのヘテロ接合トランスポゾンの破壊変異体のライブラリーをスクリーニングした。我々は、4つの成長条件でhaploinsufficientした269遺伝子、条件特異的であったそのうちの大部分を同定した。これらの画面は、糸状の成長だけでなく、10個の遺伝子などの重要なプロセスで、その関数に必要な2つの新しい遺伝子を同定した。また、より強力にC. albicansの対S. cerevisiaeの増殖を抑制することが57化学の多様な化合物をスクリーニングした。これらの化合物4のために、私たちはこの差動抑制の遺伝的基礎を検討した。この化合物とS. cerevisiaeの画面では、このターゲットを識別するために失敗した一方、特にSec7pは、C. albicansの画面にブレフェルディンAのターゲットとして同定された。また、合成化合物で0136から0228の新しいC. albicansの固有の目標、Tfp1pを発見した。これらの結果は、直接遺伝子アノテーションと創薬ターゲットの同定は、この病原体のハプロ不全画面の値を強調表示します。
性的な品揃えと蛍光の選択のサイクル経由で多重遺伝子の冗長性をノックアウト
そうでない遺伝子の機能を明らかにするかもしれない表現型が重複機能を持つ遺伝子によって隠されることができます。この現象は、最高の重要な共有機能は、唯一の家族全員を変異によって明らかにされるかもしれない、遺伝子ファミリー内で知られています。ここでは、多くの遺伝子の正確な削除を可能にする "グリーンモンスター"の技術を説明します。この方法では、誘導性の緑色蛍光タンパク質レポーター遺伝子によってマークされ、それぞれの欠失を有する欠失株の人口では、交配、減数分裂とフローサイトメトリーの濃縮を繰り返しラウンドに供される。単一細胞内の複数の欠失遺伝子座の集合体で、この結果。緑のモンスターの戦略は、対立遺伝子の種類の性別や代替手段を持つ任意の種の他の設計変更を組み立て、潜在的に適用されます。技術をテストするために、我々は多剤耐性に関連付けられたクレード内のすべての16 ATP結合カセットトランスポーターの正確な欠失を有するSaccharomyces cerevisiaeの単一広く薬剤感受性株を生成します。
温度感受性変異体でエッセンシャル酵母遺伝子機能の系統的探査
条件付きの温度感受性（ts）変異は、酵母Saccharomyces cerevisiaeに不可欠な遺伝子を研究するための貴重な試薬である。我々は、複数の対立遺伝子によって表される遺伝子の約30％で、1101不可欠な酵母遺伝子の497（〜45％）をカバー、787、TS系統を構築した。対立遺伝子のすべてがS288C共通の基準株では、ネイティブのゲノム遺伝子座に組み込まれているとkanMX選択可能なマーカーにリンクされている、合成遺伝子アレイ（SGA）ベースの、高スループットの方法により、さらに遺伝子操作を可能にします。化学遺伝的抑制の解析を可能にする440株のバーコード、およびハイコンテンツスクリーニングを使用して表現型の定量分析を可能にする細胞内構造の異なる蛍光マーカーを運ぶ菌株の配列の構築：我々はこのような2つの操作を示しています。 GFP-チューブリンマーカーの定量分析は、分解スピンドルにおけるコヒーシンとコンデンシンの遺伝子の役割を同定した。この変異体コレクションは、必須遺伝子の機能を理解することを目的とした体系的研究の広い範囲を促進すべきである。
合成遺伝的相互作用ネットワークはSacchromyces·セレビシエ（Saccharomyces Cerevisiae）内の特定の経路を標的小分子を明らかに
合成遺伝子の相互作用（SGIs）の高スループット解明は、ゲノムにエンコードされた遺伝的堅牢性とフォールトトレランスのシステムレベルの理解に貢献してきました。種々の化合物の経路のターゲットはSGIsのネットワークに化学合成の遺伝的相互作用を比較することによって、予測されています。我々は、SGIのネットワークが関心のある特定の経路を標的とする化合物を同定するための強力な逆経路からの薬物のアプローチにも使用できることを示しています。 SGIネットワークを使用して、このメソッドは、化合物のライブラリーをスクリーニングするための良い候補者として働くことができる指標遺伝子を識別します。指標遺伝子を指標遺伝子のために削除された変異体では感度を生じることが判明化合物が標的の経路を破棄する可能性があるように選択されています。我々は目標経路としてDNA損傷チェックポイントを使用して、経路·ツー·創薬のためのSGIのネットワークの有用性をテストされています。酵母で合成致死作用の大要の分析は、スーパーオキシドジスムターゼ1（SOD1）はSaccharomyces cerevisiaeにおけるDNA損傷チェックポイントと修復（DDCR）遺伝子の大規模なサブセット、および非DDCR遺伝子を持つ最小限のSGIsとの有意なSGIの接続を持っていた。我々は、軟寒天高スループットハローアッセイを使用して、3つの国立がん研究所（NCI）の化合物ライブラリに対してsod1Δ株をスクリーニングした。 〜の十五の化合物をスクリーニング3100同質遺伝子野生型（wt）株の相対sod1Δに向かって選択的な毒性を示した。これらのいずれか、1A08は、1A08はDDCRは酵母のシグナル伝達を阻害することを示唆し、DNA損傷剤の致死量の存在下で成長の一時的増加を引き起こした。実行可能なホモ接合性欠失変異体のライブラリに対して1A08のゲノムワイドなスクリーニングは、さらに1A08の関連ターゲットの経路としてDDCRをサポートしていました。人間のHCT-116結腸直腸癌細胞でアッセイした場合、1A08は、DNA損傷耐性のDNA合成を引き起こし、S相に選択的DNA損傷チェックポイントをブロックされています。
高多重哺乳類の機能遺伝子スクリーニングのための包括的なプラットフォーム
RNA干渉とオープンリーディングフレームの過剰発現ライブラリーを用いて、ヒトとマウスの細胞におけるゲノムワイドなスクリーニングは急速に多くの研究ラボの実行可能な実験的なアプローチになっています。市販の遺伝子発現の変調ライブラリのさまざまながありますが、しかし、詳細および検証プロトコルと同様に、これらのライブラリを使用してdeconvolvingゲノム規模の遺伝子スクリーンのために必要な試薬が不足している。解決策として、我々は、人気のある、市販の遺伝子変調ライブラリを使用してヒト、マウス、酵母細胞内で高度に多重化機能の遺伝的スクリーンのための包括的なプラットフォームを設計しました。遺伝子変調アレイ·プラットフォーム（GMAP）が損失と利得の機能プールされた画面のデコンボリューションのための単一のマイクロアレイベースの検出ソリューションです。
用量の抑制遺伝的相互作用のネットワークは、細胞の機能配線図を強化
一つの遺伝子の過剰産生は、別の遺伝子の変異表現型を救出した遺伝的相互作用は、投与量の抑制である。投与量の抑制、遺伝子間の機能的接続をマップするために知られているが、それはグローバルな細胞機能を照らすかもしれない程度は不明である。ここでは、酵母での437の必須遺伝子に投与量抑制を結ぶ相互作用のネットワークを分析します。 424遺伝子を、我々は文献からの相互作用をキュレーション。分析は、多くの投与量の抑制作用が機能的に関連する遺伝子との間で、大半は、遺伝的または物理的な相互作用の他の種類と重ならないことが発生することを明らかにした。これらのネットワークのプロパティの一般性を確認するために、我々は実験的に高コピー分子バーコードのオープンリーディングフレームのライブラリ、MOBY-ORF 2.0で形質転換された温度感受性変異細胞のプールされた集団から29遺伝子の投与量抑制を同定した。我々は、それらの相対的な周波数への洞察を提供して抑制機構の4つの一般的なタイプに1640総相互作用の87％を分類した。この作品は、他の相互作用ネットワークと用量抑制試験の結果を統合する細胞の機能配線図の洞察を生成することができることを示唆している。
非常に効果的なHog1阻害剤の設計、合成、キャラクタリゼーション：MAPキナーゼを解析するための強力なツールが酵母でシグナル
サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）、高浸透圧グリセロール（HOG）経路は、多くの場合、MAPKシグナル伝達のシステムレベルのプロパティを解析するモデルとして保存されたマイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）シグナル伝達システムです。 Hog1、HOG-MAPK経路のは、様々な環境合図によって活性化され、それがストレス条件に応答して転写、翻訳、輸送、細胞周期の適応を制御することができます。生きた細胞内シグナル伝達を勉強するための強力な手段は、キナーゼ阻害剤を使用することであるが、野生型Hog1をターゲットにしない阻害剤は、日付に存在しません。ここで、我々は、野生型Hog1に対して速効、高効率設計、合成、および細胞透過性である小分子阻害剤の生物学的なアプリケーションを記述します。これらの化合物はin vitroおよびin vivoの両方Hog1キナーゼ活性の強力な阻害剤である。次に、我々は亜ヒ酸ストレス時に細胞周期再開を制御するのHog1の特定の役割のさらなる証拠を提供し、G（1）チェックポイント停止からのリカバリ時にHog1アクションの時間を特定するためにこれらの新規な阻害剤を使用しています。そこで、MAPKシグナルの化学遺伝学的解析のための新たなツールを説明し、Hog1アクションに新たな洞察を提供しています。
アナログと小文字を区別（として）キナーゼ、非常に効果的な阻害剤の設計、合成とキャラクタリゼーション
非常に、選択的な細胞透過性と個々のキナーゼの速効型阻害剤は、リアルタイムでキナーゼの細胞機能を研究するためのツールとして - した後に求められています。小分子の合成と蛋白質の突然変異誘発の組み合わせは、非常に強力な阻害剤（1 - イソプロピル-3 - （フェニルエチニル）-1H-ピラゾロ[3,4-d]ピリミジン-4 - アミン）合理的に設計されたHog1セリン/スレオニンの識別キナーゼ（Hog1（T100G））。この阻害剤は正常に一時的な細胞周期の停止とストレスに応答してHog1によって媒介される遺伝子発現の変化を含むHog1シグナル伝達の様々な側面を研究するために使用されています。この研究はまた、このアプローチの一般的な適用は、人工と野生型キナーゼに対する活性に対する阻害剤の設計の選択に部分的に依存していることを強調しています。詳細は、この特異性を探るために、我々は並列に酵母内のすべての遺伝子産物には、この阻害剤の効果を評価するために検証chemogeneticアッセイを使用していました。この画面からの結果は、キナーゼの生理的役割を評価するためにアナログ·センシティブキナーゼアレル技術を使用するときは注意のために、ケースバイケースのアセスメントの必要性を強調しています。
機序を持つ新規アゾール系抗真菌薬：ピラゾールおよびトリアゾールに基づく新しい三座配位子の合成とその生物学的研究
ピラゾールおよびトリアゾールに基づいて2つの新しいtridentates配位子の合成と広範な生物学的な研究が説明されています。新たに合成された化合物の出芽酵母細胞に対する抗真菌活性を測定した。これらの化合物は、酵母細胞に有毒であった。細胞周期解析では、これらの化合物による治療は、細胞周期のG1期に細胞分裂を阻害することが示唆された。酵母ベースの機能ゲノミクス技術を使用して、我々はこれらの化合物の許容範囲は、DNA修復経路とSKI複雑な機能を必要とすることがわかった。また、PKC1ヘテロ欠失株がPkc1タンパク質は、これらの化合物の標的となる可能性が示唆された、ハプロ不全プロファイルを使用して、これらの化合物に最も敏感であったことを発見した。これらの結果は、これらの化合物がDNA損傷を誘発するため、他のアゾール誘導体と比較して異なる作用機序を発揮することをお勧めします。これらの2つの化合物は、したがって、ヒトの治療用抗真菌薬のさらなる発展のための有望なリード化合物を表すことができます。
自動化されたセル：Chemogenomicスクリーニング用化合物と環境スクリーニングシステム（ACCESS）
自動化された細胞、化合物と環境スクリーニングシステム（ACCESS）はchemogenomic研究のための自動化プラットフォームとして開発されました。酵母Saccharomyces cerevisiaeにおいて、ゲノムスクリーンの数は、生物活性化合物の作用機序又は環境/化合物の摂動の影響を決定する遺伝子の用量の調節に依存しています。これらと他の表現型の実験は、高解像度の成長曲線と、手動の介入なしに多くの日数にわたって実行することができ、マルチウェルアッセイの広い範囲を可能にする高度に自動化され、制御された環境システムの恩恵を受けることが示されている。さらに、薬物投与、薬物暴露のタイミング、特定の世代の時間で細胞採取の正確なタイミングの正確な制御は、最適な結果を得るために重要である。これらの利点のいくつかが成長の変異株のレート（1）新規化合物と創薬ターゲット（2）の発見の間の微妙な違いを導出する機能が含まれています。自動化はまた、千ゲノムワイド画面（3）を含むこれまでにスクリーニングを10万人以上のユニークな化合物で大規模スクリーニングのプロジェクトを有効にしている。 ACCESSのシステムはまた、ユーザが設定できるように実行し、注釈を付けると、最小限のトレーニングで複雑な画面を評価するためのソフトウェアツールの多様なセットを持っています。
Cytoscapeを用いた生物ネットワーク上の化学情報を表示する
Cytoscapeは、広く生物学での多様なデータセットを統合し、可視化するために使用されているオープンソースのソフトウェアパッケージです。この章では、生物学的なネットワークとオープンソースの化学情報を統合するCytoscapeの使用方法について説明します。興味のある生物学的ネットワークのコンテキスト内で既知の化合物ターゲットの相互作用に関する情報を視覚化することによって、人は急速に化合物を用いてシステムを混乱させる、例えば、潜在的に治療に関連するターゲットを識別するための新しい手段を識別することができます。ここで、二つの異なるプロトコルが遺伝子遺伝子またはタンパク質 - タンパク質相互作用ネットワークのいずれかでChEMBLデータベースからデータを組み込む方法を示すと仮定しCytoscapeのない予備知識とともに、詳細に説明しています。 ChEMBLは、欧州分子生物学研究所から入手可能な化合物ターゲットの情報の非常に大規模な、オープンソースのリポジトリです。
クルクミンは、鉄キレート化を通じてサッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces Cerevisiae）の増殖を阻害する
クルクミン、ウコンから派生したポリフェノールは、病気の広い配列を治療するために何世紀にもわたってインドで使用されている古代の治療です。クルクミンの関心は抗癌治療として神経変性疾患に対する保護剤としてクルクミンを模索し進行中の臨床試験では、最近増加しています。 in vitroで、クルクミンは、金属イオンをキレートする。多様な生理学的影響は、この化合物のために文書化されているがしかし、哺乳動物細胞に対する作用のクルクミンのメカニズムは不明なままである。本研究では、クルクミンの生物学的活性を分析するためのモデル真核生物のシステムとして酵母を使用しています。我々は、鉄と銅の恒常性に必要な遺伝子を欠く酵母変異体はクルクミンに過敏であり、その鉄の補充はこの感度を救うことがわかった。クルクミンは、酵母細胞を貫通する小胞体（ER）膜に集中し、細胞内の鉄のプールを減らすことができます。クルクミン処理、鉄飢餓培養は、細胞周期のG（1）相が延長されることを示唆し、unbudded細胞に濃縮されています。細胞周期の進行の遅れは、部分的には、クルクミンに関連付けられている抗腫瘍特性を説明することができます。我々はまた、クルクミンは、外因性の鉄の添加による修復であるヒト培養細胞の成長の遅れを引き起こすことを示している。これらの知見は、クルクミンによって誘発される鉄欠乏が酵母からヒトと根底クルクミンの薬効に保存されていることを示唆している。
システム生物学のアプローチは、化学的ストレスへの応答および脂質恒常性のメチル基の新規の役割を明らかに
遺伝子機能を理解するために小分子プローブを使用すると、標準的な実験条件でする不要である遺伝子の機能解析を可能とし、これらの化合物の作用機序についての洞察を提供しています魅力的なアプローチです。我々は以前にプロテインホスファターゼ阻害剤カンタリジンの新規相互作用因子として酵母Crg1、未知SAM依存メチルトランスフェラーゼを同定chemogenomicアッセイを使用して。本研究ではカンタリジンとCrg1の相互作用を特徴付けるためにフォローアップ厳密な生物学を組み合わせたサッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）で利用可能な現代的なハイスループット技術を利用するコンビナトリアルアプローチを使用していました。 CRG1変異体のインタラクトームとlipidomeの体系的な分析に続いて、この酵素の生化学的解析はCrg1は、メチルトランスフェラーゼのストレス応答SAM-依存、in vitroでカンタリジンをメチル化することを明らかにした。 Chemogenomicアッセイは、脂質関連のプロセスがCRG1遺伝子の欠失によって感作細胞におけるカンタリジンの抵抗のために不可欠であることが明らかになりました。変異体のLipidomeワイドな解析は、さらにカンタリジンはCrg1依存的にグリセロリン脂質とスフィンゴ脂質が豊富で変化を誘導することが明らかになった。我々はCrg1は、薬物摂動に応答して、脂質の恒常性を維持するための重要なメチル化小分子であることを提案する。このアプローチは、タンパク質を特徴付けると小分子阻害剤の作用の未知のメカニズムを解明するためのシステムベースの他の方法で化学ゲノミクスを組み合わせた値を示しています。
化合物の優先順位付けの方法は、モデル生物のケミカルプローブ探索の率を高める
表現型を誘発する可能性が高い化合物の事前選択は、効率を高め、モデル生物スクリーニングのためのコストを削減することができます。このような分子を識別するために、我々は、サッカロミセス·セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）で〜81000化合物をスクリーニングし、細胞増殖を阻害〜7500を同定した。スクリーニングモデル生物の多様性パネル全体でこれらの成長阻害分子が増加する表現型のヒット率をもたらした。これらのデータは、酵母の増殖を阻害する化合物を予測するモデルを構築するために使用された。経験と多様なモデル生物の生理活性化合物の発見を豊かにモデルのin silicoアプリケーションインチリードケミカルプローブとして、これらの分子の可能性を実証するために、我々は酵母でchemogenomicプロファイリングを使用し、9デサチュラーゼラノステロール合成酵素の、ステアロイル-CoAレダクターゼの特異的阻害剤を同定した。地域資源として、〜7500成長阻害分子は、市販の行われていると使用した計算モデルとフィルタが用意されています。
Dafadineは、線虫Caenorhabditis ElegansのDauer形成と長寿を促進するDAF-9を阻害する
DAF-9チトクロームP450は、線虫Caenorhabditis elegansにおけるdauer形成、発育タイミングと長寿の鍵調節因子である。ここでは、DAF-9の最初に同定され、化学阻害剤と確実に典型的な培養条件におけるdauer形成を誘導する最初に報告さ小分子ツールについて説明します。この分子は（dafadineと呼ばれる）にもdafadineが他の動物の発生制御と長寿を尋問するために使用することができていることを示唆し、DAF-9（CYP27A1）の哺乳類オルソログを阻害する。
相乗薬物ペアの系統的探査
薬の相乗効果は、治療効果は、コンポーネントの薬の低用量で達成することができます。薬は（ '特定の相乗効果'）並列経路に作用する遺伝子産物を標的とするとき薬剤の相乗効果が生じる可能性があります。薬の相乗効果のような場合は、対応する標的遺伝子の相乗遺伝的相互作用に対応する傾向があるべきである。 1薬は非特異的に増加した生物学的利用能は、例えば、他の多くの薬剤の効果を増加させたときに代わりに、 "無差別の相乗効果"は発生する可能性があります。これらの薬剤の相乗効果の種類の相対存在量を評価するために、我々は、S.セレビシエの抗真菌薬の200ペアを検討した。我々は小説であった37、そのうち38抗真菌剤の相乗効果を発見した。薬の相乗効果の14例は、遺伝的相互作用に対応しながら、我々が発見された相乗効果の92％はわずか6頻繁に相乗的な薬物を含んだ。 4医薬品の乱交がバイオアベイラビリティモデルに基づいて説明することができますが、タクロリムスとペンタミジンの乱交は完全に予想外であった。多くの薬剤の相乗効果は、遺伝子の相互作用に対応しながら、薬の相乗効果の大半は、非特定の無差別相乗効果に起因すると表示されます。
ヒト急性骨髄性白血病に対する治療戦略としてのミトコンドリア翻訳の阻害
白血病細胞を標的とするFDAの承認を受けたエージェントを識別するために、我々は2つのヒト白血病細胞株の化学スクリーンを行い、抗菌チゲサイクリンを同定した。酵母のゲノムワイドな画面では、チゲサイクリン媒介致死性のメカニズムとして、ミトコンドリアの翻訳阻害を同定した。チゲサイクリンは、選択的に、通常の対応と比較して、白血病幹細胞や前駆細胞を殺し、また、ヒト白血病のマウスモデルにおいて抗白血病活性を示した。白血病細胞のEF-Tuはミトコンドリア翻訳因子のshRNAを介在ノックダウンは、チゲサイクリンの抗白血病活性を再現しました。これらの効果は、ミトコンドリア生合成の誘導体であったことは、一緒に増加した基礎的酸素消費量と、AML細胞と正常造血細胞で強化することを証明し、チゲサイクリン感受性で、その差にも重要であった。
同じエンドに複数の手段：酵母のストレス耐性獲得の遺伝的基礎
自然の中で、ストレスの多い環境では、しばしば組み合わせまたはそれに近い連続で発生するため、差し迫ったストレスを準備する能力は、おそらく重要なフィットネスの利点を提供します。ストレスの軽度の用量にさらされた生物は、そうでなければ、その後のストレスの致死量になるものに寛容になることができますが、この取得したストレス耐性のメカニズムはあまり理解されていない。これを調べるために、我々は、その後のストレス耐性を獲得するために必要な連続したストレス·トリートメントと同定された遺伝子に、すべての必須および非必須遺伝子を調べるため、酵母遺伝子欠失のライブラリを、公開されます。細胞は、3つの異なる軽度のストレスによる前処理のいずれか（塩、DTT、または熱ショック）にさらされると、次に過酸化水素の厳しい線量（H（2）O（2））でチャレンジした。驚くべきことに、Hの買収に必要な遺伝子にはほとんど重複があった（2）O（2）Hを存続の明確なメカニズムを明らかに別の軽度のストレス前処理、後の許容範囲（2）それぞれのケースでO（2）。以前にH（2）O（2）トレランスにリンクされていない多くのプロセスを識別し、タンパク質 - タンパク質相互作用、合成遺伝的相互作用、および機能注釈に関してこれらの結果の統合的なネットワーク解析。我々は、テストと3前処理のそれぞれの後にH（2）O（2）トレランスのために必要な遺伝子の重複性の欠如を説明する現在のいくつかのモデル。一緒に、この作品は、同じ重度のストレスに取得した耐性は、ストレス耐性のコンテキスト依存の性質を強調し、前の携帯電話の経験に応じて異なるメカニズムによって発生したことを示しています。
バグ、医薬品および化学ゲノミクス
ペニシリンの偶然の発見は、小分子は、基本的な細胞プロセスと疾患を治療するための潜在的にどのような影響を与えるかに集中的な研究に影響を与えた。生化学的および遺伝的アプローチは、アクションの小分子のモードを明確にするための基本的なされている。ゲノム技術は、細胞のターゲットと化学的ストレスに応答する相互依存のネットワークの両方のシステムバイオロジービューを提供する、総合的に生きている細胞のコンテキスト内で化合物ターゲットの関係を研究する化学遺伝的戦略の使用を許可しています。これらの研究は、機構のin vitroでの測定ではほとんど細胞内の薬剤の挙動を完全に理解するに変換しないという事実を強調表示します。ここでは、パン酵母、その拡張子に臨床的に関連する微生物病原体、抗菌薬の発見に影響を与えるこれらのアプローチの潜在的な用に開発され、化学的遺伝戦略に特に注意を払って、化学遺伝学の分野に上昇した主要な発見を確認します。
ミトコンドリアの電子伝達は、がん薬物Elesclomolの細胞標的です。
Elesclomolは現在、新しいがん治療薬として臨床評価を受けてファーストインクラスの治験薬です。活性酸素種（ROS）と細胞の生存との互換性レベルに酸化ストレスの上昇から化合物の結果の強力な抗腫瘍活性。しかし、elesclomolはROSとその後の細胞死を生成することによって分子標的（s）とメカニズムは、以前は未定義だった。酵母S. cerevisiaeにおけるelesclomolの細胞毒性は、癌細胞の場合と、同一ではない場合、同様のメカニズムによって発生する表示されます。したがって、ここではアクション、ターゲットと薬物治療によって破壊されるプロセスのメカニズムに重要な洞察を提供しています酵母でのみ使用できる強力な、検証技術を使用していました。このアプローチを使用して我々はelesclomolは、特定の細胞のタンパク質標的を介して動作しないことを示しています。代わりに、それはミトコンドリアで発生するプロセスの生物学的に一貫したセットを対象としています。具体的には、結果はその酸化還元化学によって駆動されるelesclomolが、オルガネラ、その結果、細胞死内ROSの高いレベルを生成するために、電子輸送鎖（ETC）と相互作用することを示しています。 ETC機能を欠いている薬物治療または細胞を含むメラノーマ細胞における追加実験では、薬剤がヒト癌細胞でも同様に動作していることを確認。アクションのelesclomolのモードのこの理解は、臨床設定に応答する可能性が高い患者のバイオマーカーベースの階層化のための理論的根拠を提供することを含む薬剤の治療への応用にとって重要な意味を持っています。
