学部生が積極的な脳腫瘍の遺伝子を発見

学部生が積極的な脳腫瘍の遺伝子を発見

Anonim

生化学の学術研究者であるLeland Dunwoodieが、2016年春に「人間のもの」の研究を開始したいという彼のPIにアプローチしたとき、彼はそれがグリア芽細胞腫に関係する22の遺伝子の発見につながるとは考えていませんでした。脳腫瘍の最も積極的なタイプです。

「私は間違いなく、脳腫瘍研究を考えるクレムソンには来なかった」とDunwoodieは語った。 「私はブドウや他の植物のプロジェクトに取り組んでいました。博士(アレックス)フェルトゥスに、私は人間のものをやりたいと言いました。彼は「クールだよ、オルガンを選んでください」と言いました。 "

彼の家族と相談した後、彼は脳や心臓を研究すべきでしょうか? Dunwoodieは脳を決定し、特に脳腫瘍を決定しました。 Van Andel Instituteの前回の夏季インターンシップは、がん研究に関心を示していました。

2年後、Oncotarget誌の2018年1月号に掲載されたDunwoodieの研究は、22種の特異的遺伝子の群の間でのグリア芽細胞腫特異的遺伝子共発現関係を初めて記述したものである。

米国副大統領ジョー・バイデンの後任の息子であるジョン・マケイン上院議員とボービーデン上院議員を襲う病気のニュースでは、グリア芽腫は非常に悪性であり、その致死性を特徴としている。 グリア芽細胞腫の患者は、診断後わずか14.6ヶ月の中央生存期間を有する。

「他の多くの腫瘍や病気、複雑な形質と同様に、神経膠芽細胞腫は様々な遺伝的要因とエピジェネティック要因によって制御されている」とDunwoodie氏は語った。 「これらのがんのマスターレギュレーターがいれば、毎年数百万人の命を救うだろう」と言っているが、グリア芽細胞腫ではもっと多くのことが起こっている我々は現在識別することができます。

しかし、グリア芽腫の複雑さは、Dunwoodieが学生である遺伝学と生化学の分野のFeltus Systems Genetics Lab教授の研究に適しています。 研究室の名前が示すように、システム遺伝学は、遺伝子や制御経路などの生物学的システムを解析するためのコンピュータベースの手法や数学ベースの手法を使用しています。

この発見を行うため、Dunwoodieはゲノム情報のための2つのオンライン公開データベース(TCGA(Cancer Genome Atlas)およびNCBI(National Center for Biotechnology Information))のデータを最初に集めました。

TCGAから、2, 000種以上の腫瘍発現データセットがダウンロードされ、それぞれが、腫瘍細胞が正常レベルの細胞と遺伝子レベルでどのように異なるかを詳述した。 膀胱癌、卵巣癌、甲状腺癌、低悪性度神経膠腫および神経膠芽腫癌を含む5つの異なるタイプの腫瘍が、十分に丸められた事例研究を達成するためのデータに含まれていた。

約75, 000個の遺伝子を示す2000個以上のデータセットを、各サンプルの各遺伝子の発現レベルを定量化する表である遺伝子発現マトリックス(GEM)に編成した。 例えば、LAPTM5と呼ばれるTCGAから引き出された遺伝子の1つは、血液細胞の形成に関与するタンパク質をコードする。 遺伝子発現マトリクスにおいて、LAPTM5を各腫瘍タイプにわたって評価して、1つの腫瘍タイプに対して過剰に活性(過剰発現)または不活性(過少発現)であるか否かを数値化した。 次いで、TCGAデータにおける5つの腫瘍型にわたって74, 999の残りの遺伝子について同じ採点プロセスを行った。

ノーマル脳サンプル、グリア芽細胞腫脳サンプルおよびパーキンソン病患者由来の脳サンプルを含む、NCBIデータベースの204個のデータセットから210, 000個の遺伝子を含む別個のGEMを、比較のために独立して作製した。 Systems Genetics Labの大学院生であるPoehlmanは、DunwoodieがこれらのGEMを準備するのを助けました。

Feltusと元大学院生Stephen Ficklin(ワシントン州立大学の助教授)が開発した新しいコンピュータソフトウェアを使用して、DunwoodieはGEMを2つの異なる遺伝子共発現ネットワーク(GCN)に翻訳することができました。遺伝子が相互にどのように相互作用するかについての洞察を提供するデータ。

知識独立ネットワーク構築(KINC)として知られているこのソフトウェアパッケージは、研究者が以前の分析を行う必要なしに遺伝子間の発現関係を発見する点で新規である。 この知識に依存しない方法は、遺伝的相互作用が発見されるのを防ぐことができる「ノイズ」(実験プロトコールや細胞間の自然変動)の量を減らします。

「2つのGCNを介して、私たちはCancer Genome AtlasネットワークとNCBI脳ネットワークの両方で単一のモジュールで同時発現された22の遺伝子のグループを発見しました」とDunwoodieは言いました。 「この2つのネットワークの間には約70の遺伝子しか重複しておらず、そのうち22の遺伝子は同じモジュールに存在していた。

Dunwoodie博士は、免疫系で機能する遺伝子の多くがお互いに膠芽細胞腫に影響を与えていると考えることを魅力的だとしているが、Dunwoodieによると、これはまさにそのケースではない。

これらは相関関係があるため、一緒に働いているとは言い難いです。したがって、人物Aが8マイル走る同じ日に8マイル走る場合、必ずしも一緒に走っているというわけではありません。 Dunwoodieは言った。 「これらの遺伝子が同じように制御されている可能性がより高く、おそらくそれを規制するいくつかのものがあり、我々が現在同定できないものがある」と語った。

さらに、これらの22種の遺伝子は、膠芽腫と非癌性サンプルとの間で比較した場合、膠芽細胞腫においてより強力な共発現レベルを有することが判明し、疾患特異的調節機構を示唆している。 グリア芽細胞腫とより低悪性度の神経膠腫を比較すると、同じ発見が明らかになりました。脳腫瘍はそれほど攻撃的ではなく、22の遺伝子に対する神経膠芽細胞腫特異的活性を示しています。 研究の他の顕著な発見は、22の遺伝子が癌の異なるサブタイプである間葉性膠芽細胞腫とより関連しており、遺伝子が高度に発現される場合、それらが間葉系患者の生存時間を減少させることを示した。

研究の場合と同様に、1つの質問に答えると新たな疑問が生じる場合、チームの研究は膠芽細胞腫の病因の理解に向けたほんの一歩に過ぎない。

「22の遺伝子が具体的に何をしているのかを知ることは良いことだ」とDunwoodieは語った。 「彼らは周囲の免疫細胞に発現しているのか、がんの原因であるのか、がんの効果であるのか、がんがその発現を繁殖させているのか、答えられた。

医学部に入学して医師のinformaticistになる予定のDunwoodieは、Systems Genetics Labで学んだツールや方法が、彼のキャリアに長い間こだわっていると言います。

Dunwoodie医師は、「がん研究は興味深いものです。驚くほど多くの驚くべきことをしている人々がたくさんいるからです。しかし、これはバケツの一滴です。 「私のために、本当の目的は患者が治癒することです。論文を出版することは素晴らしいですが、誰もこれによってすぐに治癒したことはなく、それが最終目標です」