卵巣癌におけるノッチシグナル伝達の役割を理解するためのバイオインフォマティクスアプローチと実験的検証の統合
Summary
バイオインフォマティクスは、大規模なデータセットを処理するのに便利な方法です。バイオインフォマティクスアプローチの実装を通じて、研究者は洞察力に富んだ応用や科学的発見を迅速かつ確実に、効率的に得ることができます。本稿では、卵巣癌研究におけるバイオインフォマティクスの活用を実証する。また、実験によるバイオインフォマティクスの所見の検証にも成功しています。
Abstract
ノッチシグナル伝達は、多くの細胞プロセスに関与する高度に保存された調節経路である。このシグナル伝達経路の調節不全は、しばしば適切な発達との干渉につながり、特定の場合には癌の開始または進行をもたらすことさえある。この経路は複雑で多目的な機能を果たすので、多くの異なるアプローチを通じて広範囲に研究することができる。このうち、バイオインフォマティクスは、紛れもなくコスト効率が高く、親しみやすく、ユーザーフレンドリーな学習方法を提供します。バイオインフォマティクスは、大規模なデータセットから小さな情報を抽出するのに便利な方法です。研究者は、さまざまなバイオインフォマティクスアプローチの実装を通じて、これらの大きなデータセットを迅速かつ確実かつ効率的に解釈し、洞察力に富んだアプリケーションと科学的発見を生み出すことができます。ここでは、卵巣癌におけるノッチシグナル伝達の役割を調べるバイオインフォマティクスアプローチの統合のためのプロトコルが提示される。さらに、バイオインフォマティクスの所見は実験によって検証される。
Introduction
ノッチシグナル伝達経路は、生物内の多くの発達過程にとって重要な高度に保存された経路である。ノッチシグナル伝達は、細胞増殖および自己再生において重要な役割を果たすることが示されており、ノッチシグナル伝達経路の欠陥は、多くのタイプの癌を引き起こす可能性がある1、2、3、4、5、6である。いくつかの状況において、ノッチシグナル伝達経路は、組織の成長および癌ならびに細胞死および腫瘍抑制7の両方に関連している。複数のノッチ受容体(NOTCH 1−4)およびco\u2012アクティベーターマスターマインド(MAML 1−3)は、すべて多様な機能を有し、複雑さのレベルを追加する。ノッチシグナル伝達経路は機能の点で洗練されているが、そのコア経路は分子ベース8で単純である。ノッチ受容体は、細胞外および細胞内領域9からなる膜貫通タンパク質として作用する。ノッチ受容体の細胞外領域へのリガンド結合はタンパク質分解切断を促進し、ノッチ細胞内ドメイン(NICD)を核内に放出することを可能にする。次に NICD は co\u2012 アクティベーター マスターマインドに結合して下流遺伝子発現10を活性化します。
近年、ノッチシグナル伝達は、異なる種6、11にわたるいくつかの種類の癌の開始および進行において様々な役割を果たすることが示されている。例えば、ノッチシグナル伝達は、ヒトNOTCH1遺伝子12を含む腫瘍形成に関連している。近年、NOTCH2、NOTCH3、デルタ様3(DLL3)、マスターマインド\u2012様タンパク質1(MAML1)、およびジシンテグリンおよびメタロプロテイナーゼドメイン\u2012含有タンパク質17(ADAM17)遺伝子は、特に患者の全体的な生存不良と強く関連していることが示された。
実験データと患者関連データの量が継続的に増加するにつれて、利用可能なデータの分析に対する需要も増加します。利用可能なデータはパブリケーションに分散され、矛盾した結果や矛盾する結果が得られる可能性があります。次世代シーケンシングなど、ここ数十年の新技術の開発に伴い、利用可能なデータの量は急激に増加しています。これは科学の急速な進歩と継続的な生物学的研究の機会を表していますが、研究の質問を解決するために一般に公開されているデータの意味を評価することは大きな課題です14.バイオインフォマティクスは、大規模なデータセットからより小さな情報を抽出するのに役立つ方法であると考えています。研究者は、さまざまなバイオインフォマティクスアプローチの実装を通じて、これらの大きなデータセットを迅速かつ確実かつ効率的に解釈し、洞察に満ちた発見を生み出すことができます。これらの発見は、潜在的な新薬療法標的または疾患バイオマーカーの同定から、パーソナライズされた患者治療15、16まで及び得る。
バイオインフォマティクス自体は急速に進化しており、技術の進歩が医学や生物科学を席巻するにつれて、アプローチは絶えず変化しています。現在、一般的なバイオインフォマティクスアプローチには、DNAまたはタンパク質配列を分析し、特定の関連性または重要性の遺伝子を同定し、機能ゲノム16を介して遺伝子および遺伝子産物の関連性を決定するための、公的にアクセス可能なデータベースおよびソフトウェアプログラムの利用が含まれる。バイオインフォマティクスの分野は確かにこれらのアプローチに限定されるものではありませんが、これらは臨床医や研究者が患者全体の利益のために生物学的データを管理するのに役立ちます。
この研究は、いくつかの重要なデータベースとそのノッチシグナル伝達経路に関する研究への使用を強調することを目的としています。NOTCH2、 NOTCH3、およびコ\u2012アクティベーター MAML1がデータベーススタディの例として使用されました。これらの遺伝子は、卵巣癌におけるノッチシグナル伝達経路の重要性が検証されたために用いられた。取得したデータの系統的分析は、卵巣癌におけるノッチシグナル伝達の重要性を確認した。さらに、ノッチシグナル伝達は種間で十分に保存されているため、ショウジョウバエのメラノガスターNICDとマスターマインドの過剰発現がショウジョウバエの腫瘍を誘発し、データベース所見と卵巣癌におけるノッチシグナル伝達の重要かつ保存的な役割を支持することが確認された。
Protocol
Representative Results
Discussion
バイオインフォマティクスの利用には数え切れないほどのアプローチや手法があるので、一般の方がオンラインで利用できるデータベースは数多くあります。これらの各データベースから豊富な情報を抽出できますが、特定の入力に基づいて患者の生存期間を評価するなど、特定の目的に最適な情報があります。異なる個々のデータベースから取得したデータの系統的な分析は、重要な科学?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、スタートアップ・ファンディング、理数学部研究助成、夏季研究セッション賞、ジョージア・サザン大学の研究種子資金賞に支えられています。
Materials
| DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride) | Invitrogen | D1306 | 1:1000 Dilution |
| PBS, Phosphate Buffered Saline, 10X Powder, pH 7.4 | ThermoFisher | FLBP6651 | Dissolved with ddH2O to make 1X PBS |
| Goat serum | Gibco | 16210064 | Serum |
| Embryo dish | Electron Microscopy Sciences | 70543-45 | Dissection Dish |
| Nutating mixers | Fisherbrand | 88861041 | Nutator |
| tj-Gal4, Gal80ts/ CyO; UAS-NICD-GFP/ TM6B | Dr. Wu-Min Deng at Florida State University | N/A | Fly stock |
| w*; UAS-mam.A | Bloomington Drosophila Stock Center | #27743 | Fly stock |
| w[1118] | Bloomington Drosophila Stock Center | #5905 | Fly stock |
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| cBioPortal | Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) | cioportal.org | Portal that allows researchers to search for genetic alterations and signaling networks |
| Zeiss 710 Inverted confocal microscope | Carl Zeiss | ID #M 210491 | Examination and image collection of fluorescently labeled specimens |
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