นักศึกษาปริญญาตรีค้นพบยีนที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบของมะเร็งสมองที่ก้าวร้าว

Anonim

เมื่อ Leland Dunwoodie นักวิจัยระดับปริญญาตรีด้านชีวเคมีได้เข้าหา PI ของเขาเกี่ยวกับการที่ต้องการเริ่มต้นการวิจัยเกี่ยวกับ "สิ่งบางอย่างของมนุษย์" ในช่วงฤดูใบไม้ผลิปี 2016 เขาไม่คิดว่าจะนำไปสู่การค้นพบยีน 22 ชนิดที่เกี่ยวข้องกับ glioblastoma, ชนิดที่ก้าวร้าวที่สุดของโรคมะเร็งสมอง

"แน่นอนฉันไม่ได้มาถึงความคิดของเคลมเกี่ยวกับการวิจัยโรคมะเร็งสมอง" Dunwoodie กล่าวว่า "ฉันกำลังทำงานในโครงการที่มีองุ่นและพืชอื่น ๆ ฉันบอกดร. อเล็กซ์เฟลตุสว่าฉันต้องการจะทำอะไรบางอย่างของมนุษย์และเขาก็พูดว่า 'มันเย็น - เลือกอวัยวะ' "

หลังจากปรึกษากับครอบครัวของเขาแล้วเขาควรศึกษาสมองหรือหัวใจหรือไม่? - Dunwoodie ตัดสินใจเกี่ยวกับสมองและเฉพาะมะเร็งสมอง การฝึกงานภาคฤดูร้อนก่อนหน้านี้ที่สถาบันแวน Andel ได้กระตุ้นความสนใจของเขาในการวิจัยโรคมะเร็ง

การศึกษาของ Dunwoodie เป็นครั้งแรกเพื่ออธิบายถึงความสัมพันธ์ระหว่างยีนที่เฉพาะเจาะจงของ glioblastoma ระหว่างกลุ่มยีน 22 ตัวโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Fast-forward สองปีหลังจากการตีพิมพ์ในวารสาร Oncotarget ในเดือนมกราคมปีพ. ศ.

ได้ยินข่าวว่าเป็นโรคที่ทำให้วุฒิสมาชิกจอห์นแม็คเคนและ Beau Biden ลูกชายคนสุดท้องของรองประธานาธิบดีสหรัฐฯ Joe Biden กล่าวว่า glioblastoma เป็นมะเร็งร้ายแรงและเป็นลักษณะของ lethality ผู้ป่วย glioblastoma มีเวลาอยู่รอดเฉลี่ยเพียง 14.6 เดือนหลังการวินิจฉัย

Dunwoodie กล่าวว่าเช่นเดียวกับเนื้องอกอื่น ๆ โรคและลักษณะที่ซับซ้อน glioblastoma ถูกควบคุมโดยปัจจัยทางพันธุกรรมและ epigenetic ที่หลากหลาย "ถ้ามีต้นแบบควบคุมโรคมะเร็งเหล่านี้เราก็จะพูดว่า" เรากำลังจะเสพยานี้และเราจะช่วยชีวิตคนนับล้านทุกปี "แต่มีอะไรเกิดขึ้นมากกว่าในกลุ่ม glioblastoma เราสามารถระบุได้ในปัจจุบัน "

อย่างไรก็ตามความซับซ้อนของ glioblastoma เหมาะสำหรับการวิจัยในศาสตราจารย์ Feltus 'ระบบพันธุศาสตร์ Lab ในภาควิชาพันธุศาสตร์และชีวเคมีที่ Dunwoodie เป็นนักเรียน ระบบพันธุกรรมตามที่ระบุในห้องปฏิบัติการใช้วิธีการคอมพิวเตอร์และคณิตศาสตร์เพื่อวิเคราะห์ระบบทางชีวภาพเช่นยีนและวิถีทางด้านกฎระเบียบ

เพื่อทำการค้นพบ Dunwoodie ได้รวบรวมข้อมูลจากฐานข้อมูลสาธารณะออนไลน์สองแห่งสำหรับข้อมูลเกี่ยวกับจีโนม: Genome Genome Cancer (TCGA) และศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (NCBI) แห่งชาติ

จาก TCGA มีการดาวน์โหลดชุดข้อมูลการแสดงออกเนื้องอกมากกว่า 2, 000 ชุดซึ่งแต่ละรายระบุว่าเซลล์เนื้องอกมีความแตกต่างจากเซลล์ปกติในระดับพันธุกรรมอย่างไร รวมทั้งข้อมูลจากผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งกระเพาะปัสสาวะมะเร็งรังไข่ไทรอยด์โรคเบาหวานและมะเร็ง glioblastoma ในระดับต่ำ

ชุดข้อมูล 2, 000 ชุดซึ่งแต่ละยีนประมาณ 75, 000 ยีนได้ถูกจัดเป็นเมทริกซ์การแสดงออกของยีน (GEM) ซึ่งเป็นตารางที่วัดปริมาณระดับการแสดงออกของยีนแต่ละตัวในทุกตัวอย่าง ตัวอย่างเช่นหนึ่งในยีนที่ดึงออกมาจาก TCGA เรียกว่า LAPTM5 จะเข้ารหัสโปรตีนที่มีส่วนเกี่ยวข้องในการก่อตัวของเซลล์เม็ดเลือด ในเมทริกซ์การแสดงออกของยีน LAPTM5 ได้รับการประเมินในแต่ละประเภทของเนื้องอกเพื่อวัดว่ามีการใช้งานมากเกินไปหรือไม่ใช้งานในประเภทเนื้องอกเดียวกับที่อื่นซึ่งแสดงด้วยการจัดอันดับเป็นตัวเลข กระบวนการให้คะแนนแบบเดียวกันนี้ได้ดำเนินการแล้วสำหรับยีน 74, 999 ที่เหลืออยู่ในห้าชนิดเนื้องอกในข้อมูล TCGA

GEM แยกต่างหากซึ่งครอบคลุมยีน 210, 000 แห่งจากชุดข้อมูล 204 ชุดจากฐานข้อมูล NCBI ได้แก่ ตัวอย่างสมองปกติตัวอย่างเนื้องอก glioblastoma และตัวอย่างสมองจากผู้ป่วยโรคพาร์คินสันถูกสร้างขึ้นโดยอิสระสำหรับการเปรียบเทียบ จะ Poehlman นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาใน Labs ระบบพันธุศาสตร์ช่วย Dunwoodie ในการจัดทำ GEMs เหล่านี้

การใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ใหม่ที่พัฒนาขึ้นโดย Feltus และอดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Stephen Ficklin ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์จาก Washington State University Dunwoodie สามารถแปล GEMs ออกเป็นสองเครือข่ายการแสดงออกทางพันธุกรรมต่างๆ (GCNs) ซึ่งเป็นภาพลักษณ์ของ ข้อมูลที่ให้ข้อมูลเชิงลึกว่ายีนมีปฏิสัมพันธ์กับคนอื่นอย่างไร

แพคเกจซอฟต์แวร์ที่เรียกว่า Knowledge Independent Network Construction (KINC) เป็นแนวคิดใหม่ในการค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างยีนโดยที่นักวิจัยไม่ต้องทำการวิเคราะห์ใด ๆ ก่อน วิธีนี้เป็นตัวช่วยลดปริมาณเสียงรบกวนจากโปรโตคอลในห้องปฏิบัติการหรือจากความผันแปรตามธรรมชาติระหว่างเซลล์ซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้เกิดการติดต่อทางพันธุกรรมได้

Dunwoodie กล่าวว่า "ผ่านทาง GCNS ทั้งสองแบบเราพบกลุ่มยีน 22 ตัวที่แสดงร่วมกันในโมดูลเดียวทั้งในเครือข่าย Cancer Genome Atlas และเครือข่ายสมอง NCBI "มีเพียง 70 ยีนที่ทับซ้อนกันระหว่างทั้งสองเครือข่ายและ 22 คนในยูนิกซ์เดียวกัน - กลุ่มยีนที่ร่วมแสดงเดียวกันการทับซ้อนกันนั้นทำได้ง่ายมาก"

แม้ว่าจะเป็นเรื่องที่ยั่วยุให้คิดว่ายีนที่ทำงานในระบบภูมิคุ้มกันหลายชนิดมีการให้อาหารแก่กันและกันเพื่อส่งผลกระทบต่อ glioblastoma Dunwoodie กล่าวว่านี่ไม่ใช่กรณีที่แน่ชัด

"มันยากที่จะบอกว่าพวกเขากำลังทำงานร่วมกันเพราะเป็นความสัมพันธ์ดังนั้นถ้าคน A วิ่งแปดไมล์ในวันเดียวกันกับที่คน B วิ่งแปดไมล์ก็ไม่ได้หมายความว่าพวกเขากำลังทำงานร่วมกัน" Dunwoodie กล่าว "มีแนวโน้มว่ายีนเหล่านี้ถูกควบคุมด้วยวิธีเดียวกันและอาจมีหลายสิ่งที่ควบคุมพวกเขาที่เราไม่สามารถระบุได้ในขณะนี้"

มีอะไรมากกว่า - ยีน 22 ชนิดเหล่านี้เมื่อเปรียบเทียบระหว่าง glioblastoma กับ noncancerous พบว่ามีระดับการแสดงออกของ co-expression ใน glioblastoma มากขึ้นแนะนำกลไกการควบคุมเฉพาะโรค พบการค้นพบแบบเดียวกันนี้เมื่อเปรียบเทียบกับ glioblastoma เป็น glioma ระดับล่างซึ่งเป็นมะเร็งสมองชนิดที่ไม่ค่อยก้าวร้าวซึ่งแสดงถึงกิจกรรมที่เฉพาะเจาะจงของ glioblastoma ถึง 22 ยีน การค้นพบที่น่าทึ่งอื่น ๆ ของการศึกษาพบว่ายีน 22 ชนิดมีความสัมพันธ์กับ mlienchibal mesenchymal glioblastoma ซึ่งเป็นชนิดย่อยที่แตกต่างกันของมะเร็งและเมื่อยีนมีการแสดงออกอย่างมากจะช่วยลดเวลาในการรอดชีพของผู้ป่วยในกลุ่ม mesenchymal

เช่นเดียวกับกรณีในการวิจัยซึ่งการตอบคำถามหนึ่งข้อทำให้คำถามใหม่ ๆ มากมายขึ้นการศึกษาของทีมเป็นเพียงขั้นตอนหนึ่งในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับสาเหตุของโรค glioblastoma

Dunwoodie กล่าวว่าจะเป็นการดีที่จะทราบว่ายีน 22 ตัวนั้นมีลักษณะเฉพาะอย่างไร พวกเขาแสดงออกมาในเซลล์ภูมิคุ้มกันที่อยู่รอบตัวหรือไม่พวกมันเป็นสาเหตุของมะเร็งหรือเป็นผลของโรคมะเร็งหรือไม่มะเร็งแพร่กระจายการแสดงออกของพวกเขาทำไมยีนเหล่านี้มีการแสดงออกร่วมกันอยู่ที่นั่นและสิ่งที่พวกเขากำลังทำอยู่คือคำถามที่ ' ไม่ได้รับคำตอบ "

Dunwoodie - ผู้วางแผนที่จะเข้าเรียนในโรงเรียนแพทย์เพื่อเป็นนักสารสนเทศทางการแพทย์ - กล่าวว่าเครื่องมือและวิธีการที่เขาเรียนรู้ใน Labs ระบบพันธุศาสตร์จะติดอยู่กับเขามานานในอาชีพของเขา

"การวิจัยโรคมะเร็งเป็นเรื่องที่น่าสนใจเพราะมีคนที่น่าตื่นตาตื่นใจหลายคนที่ทำสิ่งที่น่าอัศจรรย์จำนวนมากดังนั้น - แต่นี่เป็นเพียงแค่หยดหนึ่งในถัง" Dunwoodie กล่าว "สำหรับฉันแล้วจุดประสงค์ที่แท้จริงก็คือผู้ป่วยที่รักษาให้หายขาดการได้รับการตีพิมพ์เป็นสิ่งที่ดี แต่ไม่มีใครรักษาให้หายขาดได้ทันทีเพราะเหตุนี้และนั่นเป็นเป้าหมายสูงสุด"

โพสต์ยอดนิยม

แนะนำ