What's new

DNA repair mapped, systems-wide

By Melissa Lee Phillips

NEWS

DNA repair mapped, systems-wide
Scientists use sweeping approach to generate map of interconnected cellular responses to DNA damage

http://www.the-scientist.com/news/display/23466/

[Published 19th May 2006 06:13 PM GMT]

Bài hay, đáng đọc để ?bổ sung kiến thức sinh học tế bào. Mời anh chị em nào rãnh rỗi, soạn thuật ngữ cho bài này.

===============================
Many cellular processes -- including DNA replication and repair, cell cycle control, metabolism, and stress responses -- form an integrated response to DNA damage, according to a report in this week's Science. The authors used a systems biology approach to create a map of transcriptional networks that are activated when yeast DNA is damaged.

"We now know an order of magnitude more pathway connections than were known before, as far as how information is transmitted through the cell in response to damage," senior author Trey Ideker of the University of California, San Diego, told The Scientist. Looking at cellular processes from a wide-angle view -- rather than the one-gene, one-protein approach of classical biology -- permits the construction of "a complete wiring diagram" of transcriptional interactions, Ideker said, which will help scientists control cellular response to DNA damage.

Scientists have gathered significant data about how DNA damage is sensed and repaired in the cell, Ideker explained, and previous work has shown that many pathways other than classic "repair" pathways become activated after damage. "What's been entirely unknown is how those different pathways are interlinked to form one cohesive response," Ideker said.

Ideker and his colleagues -- led by Christopher T. Workman and H. Craig Mak, also at UCSD -- first screened yeast cells for transcription factors involved in the cellular response to an alkylation agent called methyl-methanesulfonate (MMS). The researchers found 30 transcription factors that appeared to be involved in the damage response -- either because their expression changed with MMS treatment, they bound to promoters of genes whose expression changed with MMS treatment, or their deletion diminished a cell's ability to recover from damage.

The authors then used a technique called ChIP-chip -- chromatin immunoprecipitation combined with microarray chip hybridization -- to identify the transcriptional network that each of the 30 transcription factors induces when exposed to MMS. By comparing the genes and protein-DNA interactions after MMS treatment to interactions under normal growth conditions, the authors mapped how transcription factors change their behavior when the cell experiences DNA damage. These changes include employing different DNA binding motifs, altering regulated genes, or changing pairings with other transcription factors.

Ideker and his colleagues next used microarrays of yeast genetic knockouts to determine how deleting a key transcription factor changes gene expression induced by MMS. If the ChIP-chip analysis showed that a transcription factor binds to promoters of a certain set of genes, the authors reason, then knocking out that transcription factor should alter those genes' response to MMS treatment. Since transcription factors can also affect genes that they don't bind directly, however, the authors also applied a Bayesian modeling technique to determine likely intermediate factors through which transcription factors modulate downstream gene activity.

The resulting transcriptional network shows how transcription factors regulate the expression of 82 genes in response to MMS damage. At the core of the network lies a set of known DNA damage response genes, but surrounding these genes are interacting networks involved in DNA replication and repair, cell cycle arrest, stress responses, and metabolic pathways. "We've now explained all of these pathways that people have hinted at before within the context of one circuit diagram," Ideker said.

"I really liked the concept of the paper," said Yolanda Sanchez of Dartmouth Medical School in Hanover, NH, who was not involved in the study. "They took a lot of information that was already out there... and figured out connections between the pathways."

In future studies, it will be important to add analyses of post-transcriptional and post-translational mechanisms to what they've revealed about transcriptional pathways, Sanchez added. "I'm sure that's coming."

"They certainly uncovered some novel connections and pathways that weren't known before," said Grant Brown of the University of Toronto in Ontario. "The biology is not followed up in any rigorous sense, but the point of this is to generate novel ideas that then lead to more hypothesis-driven experiments."

mphillips@the-scientist.com

Links within this article

C.T. Workman et al., "A systems approach to mapping DNA damage response pathways," Science, May 19, 2006.
http://www.sciencemag.org

M.B. Castan, "DNA damage responses: Cancer and beyond," The Scientist, October 10, 2005.
http://www.the-scientist.com/article/display/15766/

Trey Ideker
http://chianti.ucsd.edu/idekerlab/index.html

J.F. Wilson, "Elucidating the DNA damage pathway," The Scientist, January 21, 2002.
http://www.the-scientist.com/article/display/12816/

S.A. Jelinsky, L.D. Samson, "Global response of Saccharomyces cerevisiae to an alkylating agent," PNAS, February 16, 1999.
PM_ID: 9990050

Yolanda Sanchez
http://www.dartmouth.edu/~sanchezlab/

Grant Brown
http://biochemistry.utoronto.ca/brown/
 
Đây là bài viết đầu tay của em, chắc còn nhiều lỗi, nếu được mọi người góp ý thì thật tốt.
Nhân tiện, ai dịch hộ em cái tiêu đề.

DNA repair mapped, systems-wide
Scientists use sweeping approach to generate map of interconnected cellular responses to DNA damage


===============================
Many cellular processes -- including DNA replication and repair, cell cycle control, metabolism, and stress responses -- form an integrated response to DNA damage, according to a report in this week's Science. The authors used a systems biology approach to create a map of transcriptional networks that are activated when yeast DNA is damaged.

Theo 1 bản báo cáo khoa học tuần này thì rất nhiều quá trình trong tế bào – bao gồm sự tái bản và sửa chữa DNA, chu trình tế bào, sự trao đổi chất, và sự cảm ứng - tạo nên một tác động tổng hợp lên sự biến đổi của DNA. Các tác giả đã sử dụng 1 phương pháp hệ thống sinh học để thiết lập 1 sơ đồ về các hệ thống sao mã được kích hoạt khi các mẫu DNA bị hư tổn.

"We now know an order of magnitude more pathway connections than were known before, as far as how information is transmitted through the cell in response to damage," senior author Trey Ideker of the University of California, San Diego, told The Scientist. Looking at cellular processes from a wide-angle view -- rather than the one-gene, one-protein approach of classical biology -- permits the construction of "a complete wiring diagram" of transcriptional interactions, Ideker said, which will help scientists control cellular response to DNA damage.

“Giờ đây, chúng tôi đã biết 1 trật tự thiết yếu gồm nhiều chuỗi phản ứng hơn so với trước đây, đủ để biết bằng cách nào mà thông tin được vận chuyển qua tế bào để phản ứng lại các tác nhân gây hư hại,” tác giả kì cựu Trey Ideker của trường đại học California, San Chiego, nói với The Scientist. Quan sát các hoạt động của tế bào dưới 1 góc độ rộng – đúng hơn so với phương pháp 1 gen, 1 prôtein của sinh học vổ điển – cho phép việc thiết lập “1 biểu đồ điện tử hoàn chỉnh” về những hệ thống sao mã, Ideker nói, biểu đồ này sẽ giúp các nhà khoa học điều khiển được sự phản ứng của tế bào với sự thương tổn DNA.

Scientists have gathered significant data about how DNA damage is sensed and repaired in the cell, Ideker explained, and previous work has shown that many pathways other than classic "repair" pathways become activated after damage. "What's been entirely unknown is how those different pathways are interlinked to form one cohesive response," Ideker said.

Các nhà khoa học đã tập hợp các dữ liệu quan trọng về việc bằng cách nào thương tổn DNA được nhận biết và sửa chữa trong tế bào, Iderker nói, và công việc trước đó đã chỉ ra rằng rất nhiều chuỗi phản ứng khác so với các chuỗi phản ứng “sửa chữa” kinh điển đã được kích hoạt sau thương tổn. “Điều hoàn toàn không được biết đến là bằng cách nào những chuỗi phản ứng khác nhau kia lại được kết nối để tạo nên 1 phản ứng dính kết,” Ideker nói.

Ideker and his colleagues -- led by Christopher T. Workman and H. Craig Mak, also at UCSD -- first screened yeast cells for transcription factors involved in the cellular response to an alkylation agent called methyl-methanesulfonate (MMS). The researchers found 30 transcription factors that appeared to be involved in the damage response -- either because their expression changed with MMS treatment, they bound to promoters of genes whose expression changed with MMS treatment, or their deletion diminished a cell's ability to recover from damage.

Ideker và các cộng sự của anh - được sự chỉ dẫn của Christopher T. Workman và H.Craig Mark, cũng thuộc trường UCSD - đầu tiên thí nghiệm trên các mẫu tế bào để các nhân tố sao mã (nhân tố sao mã là 1 loại protein điều hòa quá trình sao mã theo hướng tăng cường hoặc ngăn chặn thông qua việc giúp đỡ hoặc khóa ARN-polimeraza) bị thu hút đến 1 (alkylation agent) được gọi là methyl-methanesulfonate (MMS) trong phản ứng của tế bào. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy 30 nhân tố sao mã xuất hiện để tham gia vào sự phản ứng lại thương tổn – dù là do biểu hiện của chúng thay đổi do tác động của MMS, do chúng ràng buộc các chất hoạt hóa gen mà biểu hiện của các chất này bị thay thay đổi do tác động của MMS, hay do tác động triệt tiêu của chúng đã làm giảm khả năng hồi phục của tế bào khỏi thương tổn.

The authors then used a technique called ChIP-chip -- chromatin immunoprecipitation combined with microarray chip hybridization -- to identify the transcriptional network that each of the 30 transcription factors induces when exposed to MMS. By comparing the genes and protein-DNA interactions after MMS treatment to interactions under normal growth conditions, the authors mapped how transcription factors change their behavior when the cell experiences DNA damage. These changes include employing different DNA binding motifs, altering regulated genes, or changing pairings with other transcription factors.

Các tác giả sau đó đã sử dụng 1 kĩ thuật được gọi là Chip-chip – chromatin immunoprecipitation combined with microarray chip hybridization - để xác định hệ thống sao mã mà mỗi một trong 30 nhân tố sao mã gây ra khi ……….. Băng việc so sánh các gen, những tương tác Protein-DNA sau hoạt động của MMS và những tương tác trong điều kiện phát triển bình thường, các tác giả đã tìm ra bằng cách nào mà các nhân tố sao mã thay đổi biểu hiện của chúng khi tế bào bị thương tổn DNA. Những thay đổi này bao gồm việc sử dụng những mỗi liên hệ DNA khác nhau, sự biến đổi các gen điều hòa, hay thay đổi sự ghép đôi của những nhân tố sao mã khác nhau.

Ideker and his colleagues next used microarrays of yeast genetic knockouts to determine how deleting a key transcription factor changes gene expression induced by MMS. If the ChIP-chip analysis showed that a transcription factor binds to promoters of a certain set of genes, the authors reason, then knocking out that transcription factor should alter those genes' response to MMS treatment. Since transcription factors can also affect genes that they don't bind directly, however, the authors also applied a Bayesian modeling technique to determine likely intermediate factors through which transcription factors modulate downstream gene activity.

Ideker và các cộng sự tiếp đó sử dụng các tế bào đã bị loại bỏ gen để xác định việc loại bỏ 1 nhân tố sao mã quan trọng sẽ thay đổi như thế nào biểu hiện của gen vốn được quy định bởi MMS. Các tác giả lập luận rằng nếu bản phân tích ChIP-chip cho thấy 1 nhân tố sao mã ràng buộc các chất hoạt hóa của 1 nhóm gen đích xác, thì việc loại bỏ nhân tố sao mã này sẽ làm biến đổi các gen đó, phản ứng lại tác động của MMS.
Từ khi các nhân tố sao mã cũng có thể ảnh hưởng đến các gen mà chúng không ràng buộc thực sự, tuy nhiên, các tác giả cũng đã ứng dụng kĩ thuật mô phỏng Bayesian để xác định tương đối những nhân tố trung gian thông qua những nhân tố sao mã nào điều chỉnh (downstream gene activity?).


The resulting transcriptional network shows how transcription factors regulate the expression of 82 genes in response to MMS damage. At the core of the network lies a set of known DNA damage response genes, but surrounding these genes are interacting networks involved in DNA replication and repair, cell cycle arrest, stress responses, and metabolic pathways. "We've now explained all of these pathways that people have hinted at before within the context of one circuit diagram," Ideker said.

Kết quả là hệ thống sao mã cho thấy bằng cách nào các nhân tố sao mã điều hòa sự biểu hiện của 82 gen đê phản ứng lại các thương tổn do MMS. Tại trung tâm của hệ thống này có 1 nhóm các gen phản ứng với sự hư hại DNA đã được biết đến, nhưng xung quanh những gen này là những mạng lưới tương tác cũng nằm trong cơ chế trả lời và sửa chữa DNA, chu trình kìm hãm tế bào, sự cảm ứng, và các phản ứng chuyển hóa trong tế bào. “Hiện giờ, chúng tôi đã giải thích được tất cả những phản ứng này mà trước đây con người mới chỉ khơi gợi trong bối cảnh của 1 cái biểu đồ,” Ideker nói.

"I really liked the concept of the paper," said Yolanda Sanchez of Dartmouth Medical School in Hanover, NH, who was not involved in the study. "They took a lot of information that was already out there... and figured out connections between the pathways."

Tôi thực sự đã thích cái khái niệm trong bài viết này,” Yolanda Sanchez thược trường Y học Dartmouth ở Hanover, NH, người không tham gia trong cuộc nghiên cứu này, nói. “Họ đã thu thập được rất nhiều thông tin đã sẵn sàng được công bố … và tìm ra những mối liên hệ giữa các phản ứng.”

In future studies, it will be important to add analyses of post-transcriptional and post-translational mechanisms to what they've revealed about transcriptional pathways, Sanchez added. "I'm sure that's coming."

Trong các nghiên cứu sau này, việc bổ sung những phân tích về các cơ chế sao mã và dịch mã cho những gì chúng ta đã phát hiện ra về những phản ứng sao mã sẽ rất quan trọng, Sanchez nói thêm. “Tôi chắc rằng điều đó đang đến”.

"They certainly uncovered some novel connections and pathways that weren't known before," said Grant Brown of the University of Toronto in Ontario. "The biology is not followed up in any rigorous sense, but the point of this is to generate novel ideas that then lead to more hypothesis-driven experiments."

“Họ hoàn toàn không phủ nhận 1 số lí thuyết về các mối liên quan và các phản ứng đã từng được biết đến trước đây,” Grant Brown thuộc trường đại học Toronto ở Ontario, nói. “Sinh học không tuân theo xu hướng khắt khe nào, mục đích ở đây là để đề xuất ra những giả thuyết mà sau này sẽ dẫn tới nhiều cuộc thí nghiệm có xu hướng đi theo giả thuyết này hơn.
 

Facebook

Top