طالب البكالوريوس يكتشف الجينات المرتبطة بشكل عدواني من سرطان الدماغ

Anonim

عندما اقترب ليلاند دنوودي ، وهو باحث جامعي في الكيمياء الحيوية ، من PI بشأن رغبته في بدء البحث عن "بعض الأشياء البشرية" في ربيع عام 2016 ، لم يتخيل أنه سيؤدي إلى اكتشاف 22 جينة متورطة في ورم أرومي أرومي دبقي ، النوع الأكثر عدوانية من سرطان الدماغ.

وقال دونوود: "بالتأكيد لم أحضر إلى كليمسون أفكر في أبحاث سرطان الدماغ". "كنت أعمل في مشروع مع عنب ونباتات أخرى. أخبرت الدكتور (أليكس) فلتوس أني أريد أن أفعل بعض الأشياء البشرية ، وقال:" هذا رائع - اختر عضوًا ". "

بعد التشاور مع عائلته - هل يجب عليه أن يدرس الدماغ أم القلب؟ - قرر دانوودى على الدماغ ، وتحديدا على سرطان الدماغ. وقد حفز التدريب الصيفي السابق في معهد فان أنديل اهتمامه بأبحاث السرطان.

وبعد مرور عامين على إصدار مجلة " Oncotarget" في كانون الثاني / يناير من عام 2018 ، تعتبر دراسة "دانوود" أول دراسة تصف العلاقة بين التعبير الجيني الخاص بالوراثة الجرثومية بين مجموعة مكونة من 22 جينًا محددًا.

سمعت في الأخبار بما أنّ المرض يصيب (سناتور) جون (مكّين) و (بو) (بدين) ، الابن المتأخّرة من الولايات المتّحدة الأمريكيّة (جو) (بيدن) ، (غليوبلستوما) جدّا خبيثة ويتميّز ب (فلهليتي) ه. المرضى الذين يعانون من ورم أرومي دبقي لديهم متوسط ​​فترة بقاء 14.6 شهر فقط بعد التشخيص.

"مثل العديد من الأورام الأخرى ، والأمراض ، والسمات المعقدة ، يتم التحكم في ورم أرومي دبقي بواسطة مجموعة متنوعة من العوامل الوراثية والجينية" ، قال دنوودي. "إذا كان هناك منظم رئيسي واحد لهذه السرطانات ، فسنقول ،" سنقوم بتدبير ذلك ، وسننقذ ملايين الأرواح كل عام ، "ولكن هناك المزيد من الأشياء التي تحدث في الورم الأرومي الدبقي يمكننا في الوقت الحاضر تحديد ".

ومع ذلك ، فإن تعقيد الورم الأرومي الدبقي يتلاءم مع الأبحاث التي يجريها البروفيسور فيلتوس في مختبر علم الوراثة في قسم علم الوراثة والكيمياء الحيوية ، حيث يعتبر دانوودي طالباً. يستخدم علم الوراثة في الأنظمة ، كما يوحي اسم المختبر ، أساليب تعتمد على الكمبيوتر والرياضيات لتحليل النظم البيولوجية ، مثل الجينات والمسارات التنظيمية.

ولجعل هذا الاكتشاف ، قام Dunwoodie أولاً بتجميع بيانات من قاعدتي بيانات عامتين على الإنترنت للمعلومات الجينومية: أطلس جينوم السرطان (TCGA) والمركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية (NCBI).

من TCGA ، تم تحميل أكثر من 2000 مجموعة بيانات للتعبير عن الأورام ، كل واحد يشرح بالتفصيل كيف تختلف الخلايا الورمية عن الخلايا الطبيعية على المستوى الجيني. أدرجت في البيانات خمسة أنواع مختلفة من الأورام ، بما في ذلك تلك من المثانة ، والمبيض ، والغدة الدرقية ، وأورام الدبقية أقل مستوى وسرطان ورم أرومي دبقي ، في تحقيق دراسة حالة جيدة.

وتم بعد ذلك تنظيم مجموعات البيانات التي يزيد عددها عن 2000 ، والتي يظهر كل منها حوالي 75000 جين ، في مصفوفة لتعبير الجينات (GEM) ، وهي جدول يحدد مستوى التعبير لكل جين في كل عينة. على سبيل المثال ، تقوم إحدى الجينات التي تم سحبها من TCGA ، والتي تسمى LAPTM5 ، بترميز بروتين متضمن في تكوين خلايا الدم. في مصفوفة التعبير الجيني ، تم تقييم LAPTM5 عبر كل نوع من الورم لقياس ما إذا كان نشطًا بشكل مفرط (مفرط في التعبير) أو غير نشط (غير معبَّر عنه) في أحد أنواع الورم مقابل نوع آخر ، مشار إليه بتصنيف عددي. ثم أجريت نفس عملية التقييم للجينات المتبقية 74،999 عبر أنواع الورم الخمسة في بيانات TCGA.

تم إنشاء GEM منفصلة ، تضم 210،000 الجينات من 204 مجموعات البيانات من قاعدة NCBI - بما في ذلك عينات الدماغ الطبيعية ، وعينات الدماغ ورم أرومي دبقي وعينات الدماغ من المرضى الذين يعانون من مرض باركنسون - بشكل مستقل للمقارنة. ساهم ويل بوهلمان ، وهو طالب دراسات عليا في مختبر علم الوراثة في النظم ، في مساعدة Dunwoodie في إعداد هذه GEMs.

باستخدام برنامج حاسوبي جديد طورته Feltus وطلاب الدراسات العليا السابقين Stephen Ficklin - الذي هو الآن أستاذ مساعد في جامعة ولاية واشنطن - كان Dunwoodie قادرا على ترجمة GEMs إلى شبكتين مختلفتين للتعبير الجيني المشترك (GCNs) ، وهو تمثيل مرئي لل البيانات التي تقدم رؤى حول كيفية تفاعل الجينات مع بعضها البعض.

حزمة البرامج ، والمعروفة باسم بناء شبكة المعرفة المستقلة (KINC) ، هي رواية من حيث أنها تجد علاقات التعبير بين الجينات دون اضطرار الباحثين لإجراء أي تحليلات سابقة. تقلل هذه الطريقة التي تعتمد على المعرفة من مقدار "الضوضاء" - من بروتوكولات المختبر أو من التباين الطبيعي بين الخلايا - التي يمكن أن تمنع اكتشاف التفاعلات الجينية.

"من خلال اثنين من جي سي إن ، وجدنا مجموعة من 22 الجينات التي تم التعبير عنها بشكل مشترك في وحدة واحدة على حد سواء في شبكة أطلس جينوم السرطان وفي شبكة الدماغ NCBI" ، وقال Dunwoodie. "فقط حوالي 70 جينات متداخلة بين الشبكتين ، و 22 منها كانت في نفس الوحدة - نفس المجموعة من الجينات المعرب عنها. كان التراكب سهلًا للغاية."

في حين أنه من المغري الاعتقاد بأن الجينات - التي يعمل الكثير منها في جهاز المناعة - تتغذى على بعضها البعض للتأثير على ورم أرومي دبقي ، فإن دنوودي يقول أن هذا ليس هو الحال تمامًا.

"من الصعب أن نقول أنهم يعملون معًا ، لأن هذه هي الارتباطات. لذا ، إذا كان الشخص A يمتد ثمانية أميال في نفس اليوم الذي يدير فيه الشخص B ثمانية أميال ، فإنه لا يعني بالضرورة أنهما يعملان معًا". وقال دنوودي. "من المرجح أن هذه الجينات يتم تنظيمها بنفس الطريقة ، وهناك على الأرجح عدة أمور تنظمها ولا يمكننا تحديدها حاليًا".

والأكثر من ذلك - وجد أن هذه الجينات الـ22 ، عند مقارنتها بين الورم الأرومي الدبقي والعينات غير السرطانية ، لها مستويات أقوى للتعبير المشترك في الورم الأرومي الدبقي ، مما يشير إلى وجود آلية تنظيمية محددة للمرض. وقد تم الكشف عن نفس النتيجة عند مقارنة الورم الأرومي الدبقي بالورم الدبقي ذي الدرجة الأقل ، وهو نوع أقل عدائية من سرطان الدماغ ، مما يشير إلى نشاط خاص بالورم الأرومي الدبقي للجينات الـ 22. وأظهرت النتائج الأخرى البارزة للدراسة أن الجينات الـ22 مرتبطة أكثر بالورم الأرومي الدبقي الوسيمي ، ونوع فرعي متميز من السرطان ، وأنه عندما يتم التعبير عن الجينات بشكل كبير ، فإنها تقلل من وقت البقاء على قيد الحياة بالنسبة للمرضى في المجموعة الوسيطة.

كما هو الحال في البحث ، حيث أن الإجابة عن سؤال واحد يؤدي إلى مجموعة كبيرة من الأسئلة الجديدة ، فإن دراسة الفريق هي مجرد خطوة واحدة نحو فهم المرض المرضي للورم الأرومي الدبقي.

وقال دنوودي "سيكون من اللطيف معرفة ما تقوم به الجينات البالغ عددها 22 جينة على وجه التحديد." "هل يتم التعبير عنها في الخلايا المناعية المحيطة بها؟ هل هي سبب للسرطان ، أم أنها تأثير للسرطان؟ هل السرطان نشر تعبيرهم؟ لماذا يتم التعبير عن هذه الجينات بشكل مشترك وما يفعلونه هي الأسئلة التي" تم الرد عليه ".

يقول دنوودي - الذي يخطط لحضور كلية الطب ليصبح طبيباً إعلامياً - إن الأدوات والأساليب التي تعلمها في مختبر النظم الوراثية ستلتزم به لفترة طويلة في حياته المهنية.

وقال دنوودي "أبحاث السرطان مثيرة للاهتمام لأن هناك العديد من الناس المذهلين يفعلون الكثير من الأشياء المدهشة - لكن هذا مجرد قطرة واحدة في الدلو." "بالنسبة لي ، الهدف الحقيقي هو المرضى الذين يتم علاجهم. الحصول على ورقة منشورة أمر رائع ، ولكن لم يتم شفاء أحد على الفور بسبب هذا ، وهذا هو الهدف النهائي."