![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
paroh posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
ru_crunchingИсследование биомаркеров рака легких, проведенное командой MCM, выявило 26 генов, которые имеют наивысшие оценки по всем рассмотренным размерам сигнатур. Это обновление посвящено VAMP1, гену, связанному с выживанием пациентов и по-разному экспрессируемому в нормальном легком по сравнению с раком легкого.
Проект: Картирование маркеров рака
Опубликовано: 20 марта 2023 г.
Терминология
- Сигнатура гена: набор генов, играющих определенную роль в заболевании, называется сигнатурой гена. Когда такая сигнатура может предсказать наличие заболевания, ее называют диагностической сигнатурой гена. Когда сигнатура связана с выживанием, ее называют прогностической сигнатурой.
- Коэффициент корреляции Мэтьюса: статистический метод, используемый для оценки эффективности прогностической модели. Он измеряет разницу между фактическими значениями и прогнозируемыми.
Зонды: короткие последовательности ДНК, нацеленные на небольшую область транскрипта (гена). Чтобы сделать их более специфичными, зонды организованы в наборы зондов, которые используются для обнаружения и количественного определения присутствия генных последовательностей посредством гибридизации благодаря комплементарности между зондом и мишенью.
Предистория
Проект Mapping Cancer Markers направлен на выявление маркеров, связанных с различными типами рака, с помощью алгоритма эвристического поиска. Проект анализирует миллионы результатов наблюдения, собранных из наборов данных о тканях пациентов, и выявляет закономерности, которые могут помочь выявить рак на более ранней стадии, выявить пациентов с высоким риском и настроить лечение для отдельных пациентов. Первоначально фокусируясь на раке легких, проект расширился до исследования рака яичников, а совсем недавно — начался анализ саркомы.
К ноябрю 2021 года волонтеры WCG пожертвовали более 800 миллионов рабочих единиц для исследований нескольких типов рака, из которых 193, 379 и 245 миллионов рабочих единиц были использованы для рака легких, рака яичников и саркомы соответственно. На сегодняшний день более 810 000 лет вычислительных исследований были переданы в дар MCM, и каждый день генерируется около 240 лет. Благодарим вас за помощь в раскрытии информации о сигнатурах рака.
Рисунок 1: Количество выполненных единиц работы для каждого типа рака и размера сигнатуры.
Анализ рака легких
Существует несколько методов диагностики рака легкого, но наиболее чувствительными являются трансторакальная пункционная аспирация и торакоскопическая биопсия. Несмотря на высокую точность, эти методы являются инвазивными, и ученые искали альтернативные методы скрининга или биомаркеры для выявления пациентов с раком, особенно на ранних стадиях. Чтобы определить новые потенциальные биомаркеры, мы протестировали несколько сигнатур в наборе данных тканей, принадлежащих пациентам с раком легких в анамнезе, чтобы найти любые группы зондов, которые могут указывать на то, что у пациента рак легких на ранней стадии.
Набор данных, который мы выбрали для запуска на WCG, включает 192 гистологически нормальных бронхиальных эпителия курильщиков, полученных во время клинической бронхоскопии. Эта процедура выполняется рутинно, и, таким образом, возможность идентифицировать маркеры рака, экспрессируемые в нормальных тканях, была бы преимуществом. Из 192 образцов пациентов у 97 был рак легких, у 92 не было рака легких и у 5 было подозрение на рак легких. Наши анализы сосредоточены на дифференциации рака легких от 92 незлокачественных образцов.
Добровольцы WCG протестировали 9 триллионов (9 × 1012) сигнатур-кандидатов на рак легкого, разделенных на несколько различных диагностических сигнатур. Затем мы рассмотрели сигнатуры с коэффициентом корреляции Мэтьюза в процентиле 99,999 среди всех сигнатур того же размера. На рис. 2 показано распределение биомаркеров в сигнатурах. Счетчик — это количество раз, когда зонд присутствует в основных сигнатурах для своего размера.
Рис. 2. Частота каждого подсчета (т. е. количество случаев присутствия зонда) для размера подписи.
Как и ожидалось, сигнатуры меньшего размера часто имеют меньшее количество, вероятно, потому, что они недостаточно велики, чтобы улавливать сигнал. Биологические механизмы выполняются несколькими генами, создавая избыточность в сигнатурном сигнале, который может выбрать любой ген из одного и того же механизма. Затем разные гены могут быть связаны с одним и тем же механизмом, но на первый взгляд (и без изучения механизма, с которым они связаны), гены в меньших сигнатурах могут быть разными.
По мере увеличения размера мы видим, что количество стабилизируется на уровне около 1000, прежде чем снова уменьшиться при увеличении размера сигнатуры, вероятно, из-за того, что он становится слишком большим, чтобы экстраполировать сигнал, избегая избыточности.
При рассмотрении наборов зондов в 99-м процентиле числа и представленных по крайней мере в 20 размерах сигнатур, мы можем видеть, что сигнатуры размеров от 10 до 23 больше перекрываются, что указывает на то, что окно наилучшего размера сигнатуры находится в этом диапазоне ( Рисунок 3). Это будет важно для будущих исследований диагностических сигнатур. Наша цель — опубликовать все данные, рассчитанные с помощью добровольцев WCG, в свободно доступной базе данных, где другие исследователи смогут сравнить свои результаты с полученным нами «молекулярным ландшафтом легких».
Рис. 3. Тепловая карта 143 зондов, представленных в более чем 20 размерах сигнатур, и размеры, в которых они присутствуют.
При дальнейшем изучении результатов мы обнаружили, что 28 наборов зондов (сопоставленных с 26 генами) присутствуют во всех размерах сигнатур. Один из этих генов, VAMP1, особенно перспективен, так как его белок участвует в слиянии синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной. Ниже приведены клеточные локализации VAMP1 в соответствии с UniProt и его трехмерная структура, предсказанная AlphaFold.
GO ID Квалифицированный термин GO
GO:0005739 митохондрия
GO:0005741 расположен в наружной мембране митохондрий
GO:0005829 расположен в цитозоле
GO:0005886 is_active_in плазматической мембране
GO:0005887 плазматическая мембрана
Рисунок 4: Аннотации клеточных компонентов и структура белка для VAMP1 (как предсказано AlphaFold).
Изучая VAMP1 во внешних наборах данных, чтобы подтвердить его важность, мы обнаружили, что он в значительной степени связан со статусом курения у пациентов с раком легких (через cBioPortal). В нашем более раннем исследовании мы рассмотрели специфические для курения микроРНК, которые могут регулировать VAMP1 (согласно данным нашего портала данных mirDIP). Интересно, что hsa-miR-1262, микроРНК, специфичная для бывших курильщиков, регулирует VAMP1. Ни одна из микроРНК, специфичных для нынешних курильщиков или никогда не куривших, по-видимому, не имеет значения. Важно отметить, что VAMP1 защищает от общей выживаемости при раке легкого (высокая экспрессия приводит к увеличению выживаемости), что делает его потенциальным прогностическим маркером.
Рисунок 5. График Каплана-Мейера показывает, что люди с высокой экспрессией VAMP1 (красные) выживают значительно дольше по сравнению с людьми с низкой экспрессией VAMP1 (черные). Это показывает, что VAMP1 является прогностическим маркером.
Защитное значение VAMP1 дополнительно подтверждается экспрессией гена в двух основных гистологиях рака легкого, как показано на рисунке 6. Нормальные образцы экспрессируют гораздо более высокий уровень VAMP1 по сравнению с образцами рака. Это подчеркивает, что VAMP1 также является потенциальным диагностическим маркером.
Рисунок 6. Экспрессия VAMP1 в нормальных образцах и образцах рака легких.
Распространяя наше наблюдение за пределы рака легких, как описано в нашем первоначальном описании проекта WCG, мы обнаружили, что VAMP1 ведет себя аналогичным образом в большинстве протестированных видов рака, как показано на рисунке 7. Это предполагает, что VAMP1 является ключевым игроком в канцерогенезе и может участвовать в механизме, связанном с признаками рака.
Рисунок 7. Экспрессия VAMP1 в норме и при раке для 22 различных типов или подтипов рака. (Красным шрифтом выделены достоверные различия по U-критерию Манна-Уитни).
Мы в восторге от этих результатов и поделимся ими в будущем, поскольку продолжаем проверять наши результаты анализов рака легких.
Если у вас есть какие-либо комментарии или вопросы, пожалуйста, оставьте их в этой теме, чтобы мы ответили. Спасибо за Вашу поддержку.
Команда WCG.
на англ.
Проект: Картирование маркеров рака
Опубликовано: 20 марта 2023 г.
Терминология
- Сигнатура гена: набор генов, играющих определенную роль в заболевании, называется сигнатурой гена. Когда такая сигнатура может предсказать наличие заболевания, ее называют диагностической сигнатурой гена. Когда сигнатура связана с выживанием, ее называют прогностической сигнатурой.
- Коэффициент корреляции Мэтьюса: статистический метод, используемый для оценки эффективности прогностической модели. Он измеряет разницу между фактическими значениями и прогнозируемыми.
Зонды: короткие последовательности ДНК, нацеленные на небольшую область транскрипта (гена). Чтобы сделать их более специфичными, зонды организованы в наборы зондов, которые используются для обнаружения и количественного определения присутствия генных последовательностей посредством гибридизации благодаря комплементарности между зондом и мишенью.
Предистория
Проект Mapping Cancer Markers направлен на выявление маркеров, связанных с различными типами рака, с помощью алгоритма эвристического поиска. Проект анализирует миллионы результатов наблюдения, собранных из наборов данных о тканях пациентов, и выявляет закономерности, которые могут помочь выявить рак на более ранней стадии, выявить пациентов с высоким риском и настроить лечение для отдельных пациентов. Первоначально фокусируясь на раке легких, проект расширился до исследования рака яичников, а совсем недавно — начался анализ саркомы.
К ноябрю 2021 года волонтеры WCG пожертвовали более 800 миллионов рабочих единиц для исследований нескольких типов рака, из которых 193, 379 и 245 миллионов рабочих единиц были использованы для рака легких, рака яичников и саркомы соответственно. На сегодняшний день более 810 000 лет вычислительных исследований были переданы в дар MCM, и каждый день генерируется около 240 лет. Благодарим вас за помощь в раскрытии информации о сигнатурах рака.
Рисунок 1: Количество выполненных единиц работы для каждого типа рака и размера сигнатуры.
Анализ рака легких
Существует несколько методов диагностики рака легкого, но наиболее чувствительными являются трансторакальная пункционная аспирация и торакоскопическая биопсия. Несмотря на высокую точность, эти методы являются инвазивными, и ученые искали альтернативные методы скрининга или биомаркеры для выявления пациентов с раком, особенно на ранних стадиях. Чтобы определить новые потенциальные биомаркеры, мы протестировали несколько сигнатур в наборе данных тканей, принадлежащих пациентам с раком легких в анамнезе, чтобы найти любые группы зондов, которые могут указывать на то, что у пациента рак легких на ранней стадии.
Набор данных, который мы выбрали для запуска на WCG, включает 192 гистологически нормальных бронхиальных эпителия курильщиков, полученных во время клинической бронхоскопии. Эта процедура выполняется рутинно, и, таким образом, возможность идентифицировать маркеры рака, экспрессируемые в нормальных тканях, была бы преимуществом. Из 192 образцов пациентов у 97 был рак легких, у 92 не было рака легких и у 5 было подозрение на рак легких. Наши анализы сосредоточены на дифференциации рака легких от 92 незлокачественных образцов.
Добровольцы WCG протестировали 9 триллионов (9 × 1012) сигнатур-кандидатов на рак легкого, разделенных на несколько различных диагностических сигнатур. Затем мы рассмотрели сигнатуры с коэффициентом корреляции Мэтьюза в процентиле 99,999 среди всех сигнатур того же размера. На рис. 2 показано распределение биомаркеров в сигнатурах. Счетчик — это количество раз, когда зонд присутствует в основных сигнатурах для своего размера.
Рис. 2. Частота каждого подсчета (т. е. количество случаев присутствия зонда) для размера подписи.
Как и ожидалось, сигнатуры меньшего размера часто имеют меньшее количество, вероятно, потому, что они недостаточно велики, чтобы улавливать сигнал. Биологические механизмы выполняются несколькими генами, создавая избыточность в сигнатурном сигнале, который может выбрать любой ген из одного и того же механизма. Затем разные гены могут быть связаны с одним и тем же механизмом, но на первый взгляд (и без изучения механизма, с которым они связаны), гены в меньших сигнатурах могут быть разными.
По мере увеличения размера мы видим, что количество стабилизируется на уровне около 1000, прежде чем снова уменьшиться при увеличении размера сигнатуры, вероятно, из-за того, что он становится слишком большим, чтобы экстраполировать сигнал, избегая избыточности.
При рассмотрении наборов зондов в 99-м процентиле числа и представленных по крайней мере в 20 размерах сигнатур, мы можем видеть, что сигнатуры размеров от 10 до 23 больше перекрываются, что указывает на то, что окно наилучшего размера сигнатуры находится в этом диапазоне ( Рисунок 3). Это будет важно для будущих исследований диагностических сигнатур. Наша цель — опубликовать все данные, рассчитанные с помощью добровольцев WCG, в свободно доступной базе данных, где другие исследователи смогут сравнить свои результаты с полученным нами «молекулярным ландшафтом легких».
Рис. 3. Тепловая карта 143 зондов, представленных в более чем 20 размерах сигнатур, и размеры, в которых они присутствуют.
При дальнейшем изучении результатов мы обнаружили, что 28 наборов зондов (сопоставленных с 26 генами) присутствуют во всех размерах сигнатур. Один из этих генов, VAMP1, особенно перспективен, так как его белок участвует в слиянии синаптических пузырьков с пресинаптической мембраной. Ниже приведены клеточные локализации VAMP1 в соответствии с UniProt и его трехмерная структура, предсказанная AlphaFold.
GO ID Квалифицированный термин GO
GO:0005739 митохондрия
GO:0005741 расположен в наружной мембране митохондрий
GO:0005829 расположен в цитозоле
GO:0005886 is_active_in плазматической мембране
GO:0005887 плазматическая мембрана
Рисунок 4: Аннотации клеточных компонентов и структура белка для VAMP1 (как предсказано AlphaFold).
Изучая VAMP1 во внешних наборах данных, чтобы подтвердить его важность, мы обнаружили, что он в значительной степени связан со статусом курения у пациентов с раком легких (через cBioPortal). В нашем более раннем исследовании мы рассмотрели специфические для курения микроРНК, которые могут регулировать VAMP1 (согласно данным нашего портала данных mirDIP). Интересно, что hsa-miR-1262, микроРНК, специфичная для бывших курильщиков, регулирует VAMP1. Ни одна из микроРНК, специфичных для нынешних курильщиков или никогда не куривших, по-видимому, не имеет значения. Важно отметить, что VAMP1 защищает от общей выживаемости при раке легкого (высокая экспрессия приводит к увеличению выживаемости), что делает его потенциальным прогностическим маркером.
Рисунок 5. График Каплана-Мейера показывает, что люди с высокой экспрессией VAMP1 (красные) выживают значительно дольше по сравнению с людьми с низкой экспрессией VAMP1 (черные). Это показывает, что VAMP1 является прогностическим маркером.
Защитное значение VAMP1 дополнительно подтверждается экспрессией гена в двух основных гистологиях рака легкого, как показано на рисунке 6. Нормальные образцы экспрессируют гораздо более высокий уровень VAMP1 по сравнению с образцами рака. Это подчеркивает, что VAMP1 также является потенциальным диагностическим маркером.
Рисунок 6. Экспрессия VAMP1 в нормальных образцах и образцах рака легких.
Распространяя наше наблюдение за пределы рака легких, как описано в нашем первоначальном описании проекта WCG, мы обнаружили, что VAMP1 ведет себя аналогичным образом в большинстве протестированных видов рака, как показано на рисунке 7. Это предполагает, что VAMP1 является ключевым игроком в канцерогенезе и может участвовать в механизме, связанном с признаками рака.
Рисунок 7. Экспрессия VAMP1 в норме и при раке для 22 различных типов или подтипов рака. (Красным шрифтом выделены достоверные различия по U-критерию Манна-Уитни).
Мы в восторге от этих результатов и поделимся ими в будущем, поскольку продолжаем проверять наши результаты анализов рака легких.
Если у вас есть какие-либо комментарии или вопросы, пожалуйста, оставьте их в этой теме, чтобы мы ответили. Спасибо за Вашу поддержку.
Команда WCG.
на англ.
