Un flusso di lavoro di integrazione dei dati per identificare le combinazioni di farmaci mirate alle interazioni letali sintetiche

Un'interazione letale sintetica tra due geni si verifica quando un singolo knockdown di uno dei due non influisce sulla vitalità cellulare, ma l'abbattimento di entrambi i partner letali sintetici porta alla perdita della vitalità cellulare o alla morte cellulare. La combinazione di set di dati eterogenei può portare all'identificazione di interazioni letali sintetiche che possono essere prese di mira da combinazioni di farmaci in malattie come il cancro, con l'obiettivo di arrestare la proliferazione cellulare. Il concetto di letalità sintetica è interessante per qualsiasi malattia in cui la proliferazione cellulare sia un problema.

Per quanto riguarda il cancro, le interazioni geniche letali sintetiche sono già prese di mira nei tumori mutati da BRCA utilizzando inibitori parp. Sforzi come il nostro potrebbero espandere l'uso del concetto per altre interazioni geniche ed entità tumorali. Nel nostro laboratorio, abbiamo testato combinazioni di farmaci computazicamente previste mirate alle interazioni letali sintetiche nel contesto del cancro al seno.

Inizia recuperando i dati da BioGRID. Utilizzare il browser Web per scaricare l'ultimo file di interazione BioGRID in formato tab2. Filtrare le colonne in modo da mantenere solo quelle rilevanti per i passaggi di analisi successivi.

Successivamente, filtra per la letalità sintetica e le interazioni genetiche negative. Utilizzare le informazioni contenute nella colonna Sistema sperimentale per limitare il set di dati alle voci con un valore di letalità genetica o sintetica negativa. Identificare le specie per le quali sono state riportate interazioni letali sintetiche determinando il numero di ID fiscali dei partner di interazione letale sintetica, che forniranno una stima del numero di queste interazioni disponibili per organismo.

Per recuperare gli ortologi umani per gli organismi modello rilevanti da Ensembl BioMart, selezionate il rispettivo set di dati dell'organismo modello, fate clic su Attributi (Attributes) e selezionate Nome gene (Gene name). Quindi fare clic su Set di dati e selezionare Geni umani. Fare di nuovo clic su Attributi e selezionare Nome gene.

Quindi fare clic su Risultati. Controllare solo i risultati univoci e fare clic su Go.Automatize il processo di recupero e inviare la query direttamente all'accesso RESTful BioMart per recuperare le coppie di geni ortologi. Se recuperate manualmente i dati tramite l'interfaccia web Ensembl BioMart, rinominare e notare che la riga di intestazione è stata aggiunta automaticamente.

Per recuperare i geni umani ortologi per altri organismi modello, sostituire il valore dell'attributo name del primo elemento del set di dati con il nome del rispettivo set di dati Ensembl. Successivamente, scartare eventuali voci per geni senza omologhi, raccogliere tutte le mappature omologhe in un unico file e aggiungere mappature fittizie per i geni umani. Inoltre, aggiungere voci artificiali per i geni umani.

Preparare il file synlet per l'unione successiva aggiungendo per ogni partner interazione una nuova colonna contenente la combinazione di ID imposta e simbolo gene. Unisciti alle interazioni letali sintetiche basate sul codice fiscale dell'organismo e sul simbolo genico con le coppie ortologhe recuperate. Recupera le coppie di destinazione del farmaco da DrugBank dalla sezione Download, creando prima un account se necessario.

Limitare il file di destinazione del farmaco DrugBank alle colonne pertinenti. Conservare solo le voci per le entità molecolari umane. Quindi, estrarre le colonne pertinenti e filtrare i dati per le specie umane.

Poiché il nome del farmaco e le informazioni sul bersaglio del farmaco sono fornite in due file CSV separati, le informazioni dei due file devono essere unite. Per fare ciò, le voci del nome del farmaco devono prima essere normalizzate. Quindi normalizzare il file di destinazione del farmaco per avere una riga per farmaco.

Continuare con il file del vocabolario DrugBank ed estrarre le colonne pertinenti. Poiché il nome del farmaco e le informazioni sulla destinazione del farmaco sono fornite in due file CSV separati, unire le informazioni dai due file utilizzando il comune ID DrugBank.Unire il set di dati di interazione letale sintetico con il file del nome del farmaco di destinazione del farmaco generato nel passaggio precedente utilizzando le colonne dei simboli genetici, assicurandosi di aggiungere nomi di farmaci per entrambi i partner di ogni interazione letale sintetica. Infine, recuperare informazioni sugli studi clinici da ClinicalTrials.gov.

Per un facile accesso, utilizzare il database relazionale fornito dalla Clinical Trials Transformation Initiative, creando prima un account, se necessario. Sciogliere i farmaci proposti in solventi appropriati, come DMSO o PBS, in almeno quattro diverse concentrazioni. Aggiungere i farmaci alle cellule tumorali del seno umano sementi in una piastra di 96 po 'e incubarli per la quantità di tempo desiderata per determinare i valori di concentrazione inibitori.

Utilizzare un saggio di vitalità o apoptosi di scelta per determinare la vitalità cellulare con varie combinazioni e concentrazioni di farmaci, a partire dall'IC50 precedentemente stabilito. Quindi, determinare gli effetti citotossici sinergici delle combinazioni di farmaci calcolando il loro indice combinatorio. Questo metodo è stato utilizzato per identificare combinazioni di farmaci mirate alle interazioni letali sintetiche nel cancro alle ovaie.

È stato scoperto che 21 farmaci unici hanno contribuito a 84 combinazioni di farmaci identificate che hanno preso di mira una serie di 39 interattori letali sintetici. Lo stesso flusso di lavoro è stato utilizzato per identificare 243 promettenti combinazioni di farmaci rivolte a 166 coppie di geni letali sintetici nel contesto del cancro al seno. Alcune combinazioni sono state testate per il loro impatto sulla vitalità cellulare e sull'apoptosi in due linee cellulari per il cancro al seno.

I risultati del saggio di vitalità per celecoxib, acido zoledronico e la combinazione di acido zoledronico e celecoxib nelle linee cellulari del cancro al seno SK-BR-3 hanno dimostrato che, se combinati, i farmaci hanno avuto un significativo effetto sinergico sulla vitalità cellulare. La colorazione annexin V e 7-AAD delle cellule SK-BR-3 trattate con i due farmaci da sole e combinate ha mostrato che la percentuale di cellule apoptotiche e necrotiche tardive è stata aumentata dopo il trattamento con la combinazione di farmaci. Quando si tenta questo protocollo, prendere il tempo necessario per identificare i nomi dei farmaci DrugBank corrispondenti per tutti i farmaci e gli interventi recuperati dagli studi clinici.

L'inclusione di dati aggiuntivi come i profili di espressione genica o il grado di annotazione nella letteratura scientifica degli interattori letali sintetici per la malattia in esame può essere ulteriormente utilizzata per dare priorità alle interazioni letali sintetiche. A causa della crescente quantità di dati biomedici disponibili, unire le forze con i biologi computazionali è un'interazione benefica che porta a nuove ipotesi da testare in laboratorio. Quando si lavora con agenti citostatici, assicurarsi di seguire le linee guida locali relative alle attrezzature di sicurezza di laboratorio e alla manipolazione di reagenti pericolosi.

In qualsiasi momento, evitare il contatto diretto e assicurarsi di raccogliere informazioni sulla sostanza utilizzata prima di iniziare l'esperimento.