Бакалавърът разкрива гени, свързани с агресивна форма на рак на мозъка

Anonim

Когато Лайланд Дюнюуи, който е бакалавър в областта на биохимията, се обърна към неговия PI, че иска да започне проучване на "някои човешки същества" през пролетта на 2016 г., той не си представя, че това ще доведе до откриването на 22 гени, замесени в глиобластома, най-агресивния тип рак на мозъка.

- Определено не дойдох в Климсън да мисля за изследване на рака на мозъка - каза Дънууи. "Работя по проект с грозде и други растения. Казах на д-р (Алекс) Фелтус, че искам да направя някакви човешки неща и той каза:" Това е готино - вземете орган. " "

След като се консултира със семейството си - трябва да проучи мозъка или сърцето? - Дънудий решил мозъка и по-специално рака на мозъка. Предишен летен стаж в Института Ван Андел стимулира неговия интерес към изследванията на рака.

Бързо напред две години по-късно до публикацията от януари 2018 г. в списанието Oncotarget, изследването на Dunwoodie е първото, което описва глиобластом-специфичните ген- кое експресионни връзки между група от 22 специфични гени.

Чух в новините, че болестта, която засяга сенатор Джон Маккейн и бившият син на американски вицепрезидент Джо Байдън, глообластомът е силно злокачествен и се характеризира със смъртност. Пациентите с глиобластом имат средно време на преживяване само 14, 6 месеца след поставянето на диагнозата.

"Както много други тумори, заболявания и сложни черти, глиобластомът се контролира от различни генетични и епигенетични фактори", каза Дунуиди. "Ако имаше един главен регулатор на тези ракови заболявания, щяхме да кажем:" Ще го нахраним и ще спасим милиони човешки животи всяка година ", но има повече неща, които се случват в глиобластома, отколкото в момента можем да идентифицираме. "

Въпреки това, сложността на глиобластома е подходяща за изследване в професор Feltus 'Systems Genetics Lab в отдела по генетика и биохимия, където Dunwoodie е студент. Системната генетика, както предполага и лабораторията, използва подходи, базирани на компютър и математика, за анализ на биологични системи, като гени и регулаторни пътища.

За да направи откритието, Dunwoodie за първи път състави данни от две онлайн обществени бази данни за геномна информация: Atlas на раковия геном (TCGA) и Националния център за биотехнологична информация (NCBI).

От TCGA бяха изтеглени повече от 2000 наборни данни за експресия на тумори, като всеки от тях подробно описва как туморните клетки се различават от нормалните клетки на генетично ниво. В данните бяха включени пет различни вида тумори, включително тези от рак на пикочния мехур, яйчниците, щитовидната жлеза, по-нисък глиом и глиобластома, за да се постигне добре обобщен казус.

Комплектите от данни с дължина 2000, всеки от които показват приблизително 75 000 гена, след това се организират в матрица на генната експресия (GEM), таблица, която количествено изразява нивото на експресия на всеки ген във всяка проба. Например, един от гените, изтеглени от TCGA, наречен LAPTM5, кодира протеин, който участва в образуването на кръвни клетки. В генната експресионна матрица LAPTM5 се преценява във всеки туморен тип, за да се прецени дали е прекалено активен (свръхекспресиран) или неактивен (неекспресиран) в един туморен тип спрямо друг, означен с числено класиране. Същият процес на сканиране беше проведен за останалите 7499 гени в петте туморни типа в данните за TCGA.

Отделен GEM, обхващащ 210 000 гена от 204 набора от данни от базата данни на НЦБИ - включително нормални мозъчни проби, мозъчни проби от глиобластома и мозъчни проби от пациенти с болест на Паркинсон - беше създаден независимо за сравнение. Уил Поленън, завършил студент в лабораторията "Системи за генетика", подпомага Дънууджи при подготовката на тези ГЕМ.

Използването на нов компютърен софтуер, разработен от Feltus и бившия студент Стефан Фиклин, който сега е асистент в Университета в Уошингтън, Dunwoodie, е в състояние да преведе GEMs в две различни генни коекспресионни мрежи (GCNs) - визуално представяне на данни, които дават представа за това как генът взаимодейства един с друг.

Софтуерният пакет, известен като "KINC", е нов, тъй като намира изразни взаимоотношения между гените, без изследователите да трябва да правят каквито и да било предварителни анализи. Този метод, независим от знанието, намалява количеството "шум" - от лабораторните протоколи или от естествените вариации между клетките - което може да предотврати откриването на генетични взаимодействия.

"Чрез двете GCN, ние открихме група от 22 гени, които бяха ко-експресирани в един модул както в мрежата на Cancer Genome Atlas, така и в мозъчната мрежа на NCBI", каза Dunwoodie. "Само едва около 70 гена се припокриват между двете мрежи, а 22 от тях са в един и същи модул - една и съща група ко-експресирани гени.

Въпреки че е изкушаващо да мислим, че гените - много от които функционират в имунната система - се хранят един друг, за да повлияят на глиобластома, Дунуиди казва, че това не е точно така.

"Трудно е да се каже, че те работят заедно, защото това са взаимовръзки, така че ако човек А се движи осем мили в същия ден, когато човек Б продължава осем мили, това не означава непременно, че те работят заедно". - каза Дунуиди. "По-вероятно е тези гени да бъдат регулирани по същия начин и вероятно има няколко неща, които ги регулират, които не можем да определим понастоящем."

Нещо повече - тези 22 гена, сравнявани между глиобластом и некачествени проби, са с по-силни нива на съвместно експресиране в глиобластома, което предполага специфичен за болестта регулаторен механизъм. Същата констатация е открита, когато се сравнява глиобластома с по-нисък глиом, по-малко агресивен тип мозъчен рак, което показва специфична за глиобластома активност към 22 гена. Другата забележителна находка от изследването показва, че 22-те гени са по-свързани с мезенхимния глиобластом, различен подтип на рака, и че когато гените са силно изразени, те намаляват времето за оцеляване при пациенти в мезенхималната група.

Както е в случая с научните изследвания, когато отговорът на един въпрос води до множество нови въпроси, изследването на екипа е само една крачка към разбирането на патогенезата на глиобластома.

"Би било хубаво да разберете какви са 22-те гени, " каза Дънууи. "Дали те се изразяват в заобикалящите им имунни клетки, дали са причина за рак или дали са от рак? Дали ракът проявява своето изражение? Защо тези гени са ко-изразени там и това, което правят, са въпроси, не са получени отговори. "

Дънууди - който планира да посещава медицинско училище, за да стане лекар информатика - казва, че инструментите и методите, които е научил в Лабораторията за системна генетика, ще се придържат към него дълго в кариерата си.

"Изследванията на рака са интересни, защото има толкова много невероятни хора, които правят толкова много невероятни неща - но това е само една капка в кофата", каза Дунуиди. "За мен истинската цел е пациентите да бъдат излекувани. Получаването на публикация е страхотно, но заради това не е излекувано веднага, и това е крайната цел."

Популярни Публикации

Препоръчано