אינטגרציה של גישות ביואינפורמטיקה ואימותים ניסיוניים כדי להבין את תפקיד האיתות החריץ בסרטן השחלות
Summary
ביואינפורמטיקה היא דרך שימושית לעיבוד ערכות נתונים בקנה מידה גדול. באמצעות יישום של ביואינפורמטיקה גישות, החוקרים יכולים במהירות, אמין, וביעילות להשיג בקשות תובנה ותגליות מדעיות. מאמר זה ממחיש את הניצול של ביואינפורמטיקה במחקר סרטן השחלות. הוא גם מאמת בהצלחה ממצאים בביואינפורמטיקה באמצעות ניסויים.
Abstract
איתות מדרגה הוא מסלול רגולציה שהוא שימור מאוד המעורב בתהליכים סלולאריים רבים. דיסרגולציה של מסלול זה איתות לעתים קרובות מוביל הפרעות עם התפתחות נאותה ואולי גם לגרום לחניכה או התקדמות של סרטן במקרים מסוימים. בגלל מסלול זה משרת פונקציות מורכבות תכליתי, זה יכול להיות למד באופן נרחב באמצעות גישות שונות רבות. מתוך אלה, ביואינפורמטיקה מספק שיטת לימוד חסכונית בעלות חסכונית, נגישה וידידותית למשתמש. ביואינפורמטיקה היא דרך שימושית לחלץ פיסות מידע קטנות יותר מערכות נתונים בקנה מידה גדול. באמצעות יישום של גישות שונות בביואינפורמטיקה, החוקרים יכולים במהירות, אמין, וביעילות לפרש אלה מערכות נתונים גדולות, מניב יישומים תובנה ותגליות מדעיות. כאן, פרוטוקול מוצג לאינטגרציה של ביואינפורמטיקה גישות לחקור את התפקיד של איתות חריץ בסרטן השחלות. יתרה מזאת, ממצאי ביואינפורמטיקה מאומתים באמצעות ניסויים.
Introduction
מסלול איתות חריץ הוא מסלול שמרו במיוחד כי חשוב עבור תהליכים התפתחותיים רבים בתוך אורגניזמים ביולוגיים. איתות חריץ הוכח לשחק תפקיד משמעותי התפשטות התא והתחדשות עצמית, פגמים במסלול איתות חריץ יכול להוביל לסוגים רבים של סרטן1,2,3,4,5,6. בנסיבות מסוימות, מסלול איתות חריץ נקשר הן גידול רקמות סרטן, כמו גם מוות תאים ודיכוי הגידול7. קולטנים מרובים (חריץ 1-4) ו co\u2012activator המוח (MAML 1-3), כולם עם פונקציות מגוונות, להוסיף רמה נוספת של מורכבות. בעוד מסלול איתות חריץ מתוחכם מבחינת פונקציות, מסלול הליבה שלה הוא פשוט על בסיס מולקולרי8. קולטנים חריץ לפעול כמו חלבונים חלבון טראנסממברנלי המורכב של מסחטות אזורים תאיים9. ליגאל באזור החילוץ של קולטני חריץ מקלה על מחשוף הנוגד חרדה, אשר מאפשר את התחום הבין-תאיים (NICD) להשתחרר לתוך הגרעין. NICD לאחר מכן נקשר co\u2012activator המוח כדי להפעיל ביטוי גנים במטה10.
בשנים האחרונות, איתות חריץ הוכח לשחק במגוון תפקידים בייזום והתקדמות של מספר סוגים של סרטן על פני זנים שונים6,11. לדוגמה, איתות מדרגה מקושר לטומגנזה המעורב בNOTCH1 הגן האנושי12. לאחרונה, the NOTCH2, NOTCH3, דלתא-כמו 3 (DLL3), מאסטר מראה כגון חלבון 1 (MAML1), ו מתפורר ומטאלויואז מטאומאו2012 המכילים חלבון 17 (ADAM17) גנים הוכחו להיות משויכים באופן מאוד לסרטן השחלות, במיוחד עם ההישרדות הכוללת המסכן של חולים13.
ככל שכמות הנתונים הניסיוניים והמטופלים מגדילה ברציפות, הביקוש לניתוח של הנתונים הזמינים גדל גם כן. הנתונים הזמינים מפוזרים על-פני פרסומים, והם עשויים לספק ממצאים לא עקביים או אפילו סותרים. עם התפתחות הטכנולוגיה החדשה בעשורים האחרונים, כגון רצפי הדור הבא, כמות הנתונים הזמינים גדל אקספוננציאלית. למרות שהדבר מייצג התקדמות מהירה במדע והזדמנויות למחקר ביולוגי מתמשך, הערכת המשמעות של נתונים זמינים לציבור לפתרון שאלות מחקר היא אתגר גדול14. אנו מאמינים שביואינפורמטיקה הוא דרך שימושית לחלץ פיסות מידע קטנות יותר מערכות נתונים בקנה מידה גדול. באמצעות יישום של גישות שונות בביואינפורמטיקה, החוקרים יכולים במהירות, אמין, וביעילות לפרש אלה מערכות נתונים גדולות, מניב גילויים תובנה. גילויים אלה עשויים לנוע מתוך זיהוי של מטרות הטיפול הפוטנציאלי תרופה חדשה או ביוארקרס מחלות, לטיפולים אישיים המטופל15,16.
ביואינפורמטיקה עצמה מתפתחת במהירות, והגישות משתנות באופן תמידי כהתקדמות טכנולוגית מנקה את המדע הרפואי והביולוגי. כיום, גישות נפוצות של ביואינפורמטיקה כוללות ניצול של מסדי נתונים ותוכנות נגישים לציבור לניתוח DNA או רצפי חלבונים, לזהות גנים של רלוונטיות מסוימת או חשיבות, ולקבוע את הרלוונטיות של גנים ומוצרים גנטיים דרך גנומיקה תפקודית16. למרות שהשדה של הביואינפורמטיקה הוא בהחלט לא מוגבל גישות אלה, אלה הם משמעותיים לסייע לרופאים וחוקרים לנהל נתונים ביולוגיים לטובת החולים כולה.
מחקר זה נועד להדגיש מספר מסדי נתונים חשובים השימוש שלהם למחקר על מסלול איתות חריץ. NOTCH2, NOTCH3, וMAML1 co\u2012activator שלהם שימשו כדוגמאות למחקר במסד הנתונים. גנים אלה שימשו כי החשיבות של מסלול איתות חריץ בסרטן השחלות כבר אומת. ניתוחים שיטתית של נתונים מאוחזרים אישר את החשיבות של איתות חריץ בסרטן השחלות. בנוסף, כיוון איתות חריץ הוא שימור היטב על פני מינים, זה אושר כי הביטוי oversopהילה melanogaster Nicd ו המוח יחד יכול לגרום לגידולים בשחלות drosophila ילה , תמיכה בממצאים מסד הנתונים ואת התפקיד משמעותי ושמרו של איתות חריץ בסרטן השחלות.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאחר וקיימות אינספור גישות ושיטות לניצול הביואינפורמטיקה, ישנם מספר מאגרים הזמינים באופן מקוון לציבור הרחב. ניתן להפיק שפע של מידע מכל אחד ממסדי הנתונים הללו, אך חלקם מתאימים במיוחד למטרות מסוימות, כגון הערכת הישרדות מטופלים המבוססת על כניסות מסוימות. ניתוחים שיטתיים של נתונים מאוחזרים ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו הייתה נתמכת על ידי סטארט-Up מימון, המכללה למדעים ומענק מחקר מתמטיקה, פרס הפעלת מחקר קיץ, ופרס מימון זרעים מחקר מאוניברסיטת גאורגיה הדרומית.
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 |
| The PRECOG portal | Stanford University | precog.stanford.edu | Publicly accessible database of cancer expression datasets |
| CSIOVDB | Cancer Science Institute of Singapore | csibio.nus.edu.sg/CSIOVDB/CSIOVDB.html | Microarray database used to study ovarian cancer |
| The Gene Expression across Normal and Tumor tissue (GENT) Portal | Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (KRIBB) | medical–genome.kribb.re.kr/GENT | Publicly accessible database of gene expression data across diverse tissues, divided into tumor and normal tissues. |
| Broad Institute Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE) | Broad Institute and The Novartis Institutes for BioMedical Research | portals.broadinstitute.org/ccle | Provides genomic profiles and mutations of human cancer cell lines |
| 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 |
References
- Bocchicchio, S., Tesone, M., Irusta, G. Convergence of Wnt and Notch signaling controls ovarian cancer cell survival. Journal of Cellular Physiology. , (2019).
- Hibdon, E. S., et al. Notch and mTOR Signaling Pathways Promote Human Gastric Cancer Cell Proliferation. Neoplasia. 21 (7), 702-712 (2019).
- Kucukkose, C., Yalcin Ozuysal, O. Effects of Notch signalling on the expression of SEMA3C, HMGA2, CXCL14, CXCR7, and CCL20 in breast cancer. Turkish Journal of Biology. 43 (1), 70-76 (2019).
- Lan, G., et al. Notch pathway is involved in the suppression of colorectal cancer by embryonic stem cell microenvironment. OncoTargets and Therapy. 12, 2869-2878 (2019).
- Lian, H., et al. Notch signaling promotes serrated neoplasia pathway in colorectal cancer through epigenetic modification of EPHB2 and EPHB4. Cancer Management and Research. 10, 6129-6141 (2018).
- Salazar, J. L., Yamamoto, S. Integration of Drosophila and Human Genetics to Understand Notch Signaling Related Diseases. Advances in Experimental Medicine and Biology. 1066, 141-185 (2018).
- Bray, S. J. Notch signalling in context. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 17 (11), 722-735 (2016).
- Andersson, E. R., Sandberg, R., Lendahl, U. Notch signaling: simplicity in design, versatility in function. Development. 138 (17), 3593-3612 (2011).
- Brou, C., et al. A novel proteolytic cleavage involved in Notch signaling: the role of the disintegrin-metalloprotease TACE. Molecular Cell. 5 (2), 207-216 (2000).
- Oswald, F., et al. p300 acts as a transcriptional coactivator for mammalian Notch-1. Molecular and Cellular Biology. 21 (22), 7761-7774 (2001).
- Xiu, M. X., Liu, Y. M. The role of oncogenic Notch2 signaling in cancer: a novel therapeutic target. American Journal of Cancer Research. 9 (5), 837-854 (2019).
- Allenspach, E. J., Maillard, I., Aster, J. C., Pear, W. S. Notch signaling in cancer. Cancer Biololgy & Therapy. 1 (5), 466-476 (2002).
- Jia, D., Underwood, J., Xu, Q., Xie, Q. NOTCH2/NOTCH3/DLL3/MAML1/ADAM17 signaling network is associated with ovarian cancer. Oncology Letters. 17 (6), 4914-4920 (2019).
- Weng, J. T., et al. Novel bioinformatics approaches for analysis of high-throughput biological data. Biomed Research International. 2014, 814092 (2014).
- Readhead, B., Dudley, J. Translational Bioinformatics Approaches to Drug Development. Advances in Wound Care (New Rochelle). 2 (9), 470-489 (2013).
- Bayat, A. Science, medicine, and the future: Bioinformatics. BMJ. 324 (7344), 1018-1022 (2002).
- Gentles, A. J., et al. The prognostic landscape of genes and infiltrating immune cells across human cancers. Nature Medicine. 21 (8), 938-945 (2015).
- Tan, T. Z., et al. CSIOVDB: a microarray gene expression database of epithelial ovarian cancer subtype. Oncotarget. 6 (41), 43843-43852 (2015).
- Shin, G., et al. GENT: gene expression database of normal and tumor tissues. Cancer Informatics. 10, 149-157 (2011).
- Barretina, J., et al. The Cancer Cell Line Encyclopedia enables predictive modelling of anticancer drug sensitivity. Nature. 483 (7391), 603-607 (2012).
- Gao, J. J., et al. Integrative Analysis of Complex Cancer Genomics and Clinical Profiles Using the cBioPortal. Science Signaling. 6 (269), (2013).
- Cerami, E., et al. The cBio Cancer Genomics Portal: An Open Platform for Exploring Multidimensional Cancer Genomics Data. Cancer Discovery. 2 (5), 401-404 (2012).
- McGuire, S. E., Mao, Z., Davis, R. L. Spatiotemporal gene expression targeting with the TARGET and gene-switch systems in Drosophila. Science’s STKE. 2004 (220), 6 (2004).
- Jia, D., Huang, Y. C., Deng, W. M. Analysis of Cell Cycle Switches in Drosophila Oogenesis. Methods in Molecular Biology. 1328, 207-216 (2015).
- Lo, P. K., Huang, Y. C., Corcoran, D., Jiao, R., Deng, W. M. Inhibition of Notch signaling by the p105 and p180 subunits of Drosophila chromatin assembly factor 1 is required for follicle cell proliferation. Journal of Cell Science. 132 (2), (2019).
- Keller Larkin, M., et al. Role of Notch pathway in terminal follicle cell differentiation during Drosophila oogenesis. Development Genes and Evolution. 209 (5), 301-311 (1999).
- Sun, J., Deng, W. M. Notch-dependent downregulation of the homeodomain gene cut is required for the mitotic cycle/endocycle switch and cell differentiation in Drosophila follicle cells. Development. 132 (19), 4299-4308 (2005).
- Jia, D., et al. A large-scale in vivo RNAi screen to identify genes involved in Notch-mediated follicle cell differentiation and cell cycle switches. Scientific Reports. 5, 12328 (2015).
- Shcherbata, H. R., Althauser, C., Findley, S. D., Ruohola-Baker, H. The mitotic-to-endocycle switch in Drosophila follicle cells is executed by Notch-dependent regulation of G1/S, G2/M and M/G1 cell-cycle transitions. Development. 131 (13), 3169-3181 (2004).
