Optymalizacja technologii wykrywania mutacji komórek rakowych

Gynvael's Livestream #35: O fuzzowaniu z lcamtufem (part 1) (Czerwiec 2019).

Anonim

Komórki rakowe często mają mutacje w swoim DNA, które mogą dostarczyć naukowcom wskazówek na temat tego, w jaki sposób rozpoczął się rak lub które leczenie może być najbardziej skuteczne. Znalezienie tych mutacji może być trudne, ale nowa metoda może oferować bardziej kompletne, kompleksowe wyniki.

Zespół naukowców opracował nowy szkielet, który może łączyć trzy istniejące metody znajdowania tych dużych mutacji - lub wariantów strukturalnych - w jeden, pełniejszy obraz.

Feng Yue, profesor biochemii i biologii molekularnej w Penn State College of Medicine, powiedział, że nowa metoda - opublikowana dzisiaj (10 września) w Nature Genetics - może pomóc naukowcom znaleźć nowe strukturalne warianty w DNA komórki rakowej i dowiedzieć się więcej o tym, jak te rozpoczynają się nowotwory.

"Byliśmy w stanie zaprojektować i wykorzystać tę strukturę obliczeniową, aby połączyć te trzy metody razem, aby uzyskać jak najbardziej kompleksowy obraz genomu" - powiedział Yue. "Każda metoda sama w sobie może jedynie przejrzeć część strukturalnych zmian, ale kiedy integrujesz wyniki trzech różnych metod, możesz uzyskać najbardziej wszechstronny widok genomu raka."

Warianty strukturalne to duże mutacje w DNA, które mogą powodować włączenie genów powodujących raka. Na przykład niektóre rodzaje raka mózgu, takie jak typy, które dotknęły senatorów Johna McCaina i Edwarda Kennedy'ego, mogą być spowodowane przez warianty strukturalne, które wzmacniają niektóre geny powodujące raka. W niektórych nowotworach wiedza o tym, że pacjent ma tę nieprawidłowość, pomaga lekarzom w wyborze najlepszego planu leczenia.

Yue stwierdził, że znalezienie tych strukturalnych wariantów jest ważne z kilku powodów.

"Jeśli jesteś pacjentem chorym na raka, wiedza na temat wariantów strukturalnych prowadzących do raka może pomóc nam zrozumieć, dlaczego zachorowałeś i być może, jakie leczenie może być najlepsze" - powiedział Yue.

Naukowcy wykorzystali trzy istniejące metody znajdowania wariantów strukturalnych: mapowanie optyczne, przechwytywanie konformacji o wysokiej przepustowości chromosomu (znane jako Hi-C) i sekwencjonowanie całego genomu, które zostało wykorzystane do odkrycia większości znanych już wariantów strukturalnych.

Korzystając z nowej metody, naukowcy byli w stanie znaleźć wariacje strukturalne dla ponad 30 typów komórek nowotworowych. Zespół naukowców był również w stanie wykorzystać te same metody, aby dowiedzieć się, dlaczego niektóre klasy wariantów strukturalnych mogą przyczyniać się do rozwoju nowotworów.

"Wiele wariantów strukturalnych występujących w nowotworach ludzkich nie wydaje się bezpośrednio wpływać na gen" - powiedział Jesse Dixon, pracownik Instytutu Salka w San Diego i jeden ze współautorów pracy. "Zamiast tego wiele wariantów strukturalnych pojawia się w niekodujących częściach genomu, co ludzie historycznie nazywali" śmieciowym DNA ", i może to być trochę tajemnicą, dlaczego mogą przyczyniać się do raka."

Naukowcy byli w stanie zaobserwować, że niektóre warianty strukturalne wydają się wpływać na regulatorowe "przełączniki" genów w niekodujących sekwencjach DNA. Wadliwe przełączniki zapobiegają odpowiedniemu włączaniu lub wyłączaniu określonych genów, co może przyczyniać się do rozwoju raka.

"Przy wielu nowotworach sam gen jest w porządku, ale" przełącznik ", który kontroluje to, jest przyczyną problemów" - powiedział Yue. "Korzystając z naszego podejścia, możliwe jest, że moglibyśmy się przekonać, że przełom został przełamany i znaleźć lekarstwo oparte na konkretnym celu dla tego przełącznika. Jeśli jest on wyłączony, na przykład, być może moglibyśmy użyć technologii edycji genów, aby włączyć ją ponownie. "

Wykorzystali również metodę Hi-C do zbadania, w jaki sposób zmiany strukturalne mogą wpływać na strukturę genomu 3-D - jak DNA fałduje się w komórce.

"Komórki są małe, ale ich DNA jest bardzo długie, a wszystkie DNA z jednej komórki miałyby ponad dwa metry długości" - powiedział dr Job Dekker, profesor i współreżyser programu w dziale systemów biologicznych. na University of Massachusetts, badacz Howard Hughes Medical Institute i starszy autor artykułu. "To dlatego DNA musi się skomplikować, odkryliśmy, że zmiany genetyczne w komórkach nowotworowych mogą prowadzić do różnic w fałdowaniu genomu, co może prowadzić do przypadków, w których geny włączają się lub wyłączają za pomocą niewłaściwych przełączników regulacyjnych".

Zespół naukowców był w stanie odkryć, że warianty strukturalne wpływają na fałdowanie genomu w komórkach rakowych i że te zmiany mogą przyczyniać się do raka.

"Jednym z odkryć dokonanych w przeszłości jest to, że nasz genom jest złożony w odrębne struktury, prawie jak małe dzielnice" - powiedział Dixon. "Wygląda na to, że niektóre warianty strukturalne powodują zmiany w tych dzielnicach, tak że gen powodujący raka jest przenoszony z sąsiedztwa, w którym gen jest utrzymywany w spokoju, w którym gen ulega aktywacji."

W przyszłości Yue i jego zespół badawczy planują zastosowanie nowej metody u większej liczby pacjentów z rakiem i ściśle współpracują z Penn State Institute for Personalized Medicine. Naukowcy sugerują, że ta praca może doprowadzić do lepszej zdolności przewidywania, które warianty strukturalne mogą przyczyniać się do raka i do których genów mogą one kierować.

"Jeśli potrafimy zrozumieć, które mutacje napędzają które geny, może to sugerować, że rak byłby podatny na leczenie przez konkretne leki, które celują w te geny" - powiedział Yue. "Takie podejście było w przeszłości prawdziwym wyzwaniem dla niekodujących strukturalnych mutacji w genomie."

menu
menu