دمج نهج المعلوماتية الحيوية والتحقق التجريبي لفهم دور الإشارات الدرجة في سرطان المبيض
Summary
المعلوماتية الحيوية هي طريقه مفيده لمعالجه مجموعات البيانات واسعه النطاق. ومن خلال تطبيق نهج المعلوماتية الحيوية ، يمكن للباحثين الحصول بسرعة وموثوقيه وكفاءه علي التطبيقات الثاقبة والاكتشافات العلمية. توضح هذه المقالة استخدام المعلوماتية الحيوية في أبحاث سرطان المبيض. كما نجح في التحقق من صحة نتائج المعلوماتية الحيوية من خلال التجريب.
Abstract
اشاره الشق هو مسار التنظيمية التي تم الحفاظ عليها للغاية المشاركة في العديد من العمليات الخلوية. Dysregulation هذا المسار الإشارات غالبا ما يؤدي إلى التدخل في التنمية السليمة وقد يؤدي حتى في بدء أو تطور السرطان في حالات معينه. لان هذا المسار يخدم وظائف معقده ومتعددة الاستخدامات ، ويمكن دراستها علي نطاق واسع من خلال العديد من النهج المختلفة. ومن بين هذه الوسائل ، توفر المعلوماتية الحيوية أسلوبا للدراسة يتسم بالفعالية من حيث التكلفة والسهولة وسهوله الاستعمال. المعلوماتية الحيوية هي وسيله مفيده لاستخراج أجزاء أصغر من المعلومات من مجموعات البيانات واسعه النطاق. ومن خلال تنفيذ مختلف نهج المعلوماتية الحيوية ، يمكن للباحثين ان يفسروا بسرعة وموثوقيه وكفاءه هذه البيانات الكبيرة ، وان ينتجوا تطبيقات ثاقبه واكتشافات علميه. هنا ، يتم تقديم بروتوكول لدمج نهج المعلوماتية الحيوية للتحقيق في دور الإشارات الشق في سرطان المبيض. وعلاوة علي ذلك ، يتم التحقق من صحة نتائج المعلوماتية الحيوية من خلال التجريب.
Introduction
ومسار الإشارات من الدرجة الاولي هو مسار مصان بدرجه كبيره ومهم للعديد من العمليات التنموية داخل الكائنات البيولوجية. وقد أظهرت الإشارات الشق للعب دورا هاما في انتشار الخلايا والتجديد الذاتي ، والعيوب في مسار الإشارات الشق يمكن ان يؤدي إلى أنواع كثيره من السرطانات1،2،3،4،5،6. في بعض الحالات ، وقد تم ربط مسار الإشارات الشق إلى كل من نمو الانسجه والسرطان ، فضلا عن موت الخلايا وقمع الأورام7. مستقبلات الشق متعددة (الشق 1 − 4) و co\u2012activator منشط العقل المدبر (MAML 1 − 3) ، كل مع وظائف متنوعة ، أضافه مستوي إضافي من التعقيد. في حين ان الشق يشير المسار متطورة من حيث الوظائف ، مساره الأساسي بسيط علي أساس الجزيئية8. مستقبلات الشق بمثابه بروتينات الغشاء تتكون من المناطق خارج الخلية وداخل الخلايا9. والربط إلى المنطقة خارج الخلية من مستقبلات الشق يسهل الانقسام بروتينيه ، والذي يسمح المجال داخل الخلايا الشق (NICD) ليتم الإفراج عنهم في النواة. NICD ثم يربط إلى co\u2012activator منشط العقل المدبر لتنشيط التعبير الجينات المصب10.
في السنوات الاخيره ، وقد أظهرت الإشارات الشق للعب مجموعه متنوعة من الأدوار في بدء وتطور عده أنواع من السرطانات عبر الأنواع المختلفة6،11. علي سبيل المثال ، وقد تم ربط الإشارات الشق إلى نشاه التي تنطوي علي الإنسان NOTCH1 الجينات12. في الاونه الاخيره ، NOTCH2 ، NOTCH3 ، دلتا–مثل 3 (DLL3) ، Mastermind\u2012like البروتين 1 (MAML1)، وتحلل والمعادن التي تحتوي علي البروتين 17 (ADAM17) الجينات وقد ثبت ان ترتبط ارتباطا وثيقا مع سرطان المبيض ، وخاصه مع الفقراء البقاء الكلي للمرضي13.
ومع زيادة كميه البيانات التجريبية والمرتبطة بالمريض باستمرار ، يزداد أيضا الطلب علي تحليل البيانات المتاحة. وتنتشر البيانات المتاحة عبر المنشورات ، وقد تقدم نتائج متضاربة أو حتى متناقضة. ومع تطور التكنولوجيا الجديدة في العقود الاخيره ، مثل تسلسل الجيل التالي ، ازدادت كميه البيانات المتاحة باطراد. وعلي الرغم من ان هذا يمثل تقدما سريعا في العلوم وفرصا لمواصله البحوث البيولوجية ، فان تقييم معني البيانات المتاحة للعموم لحل المسائل البحثية يمثل تحديا كبيرا14. ونحن نعتقد ان المعلوماتية الحيوية هي طريقه مفيده لاستخراج قطع صغيره من المعلومات من مجموعات البيانات الواسعة النطاق. ومن خلال تنفيذ مختلف نهج المعلوماتية الحيوية ، يمكن للباحثين بسرعة وموثوقيه وكفاءه تفسير هذه البيانات الكبيرة ، مما يؤدي إلى اكتشافات ثاقبه. قد تتراوح هذه الاكتشافات من تحديد أهداف العلاج الدوائي الجديدة المحتملة أو الامراض الحيوية المرض ، لعلاج المريض شخصيه15،16.
المعلوماتية الحيوية نفسها تتطور بسرعة ، والنهج تتغير باستمرار مع التقدم التكنولوجي اكتساح العلوم الطبية والبيولوجية. وتشمل نهج المعلوماتية الحيوية الشائعة حاليا استخدام قواعد البيانات والبرامج الحاسوبية المتاحة للجمهور لتحليل تسلسل الحمض النووي أو البروتين ، وتحديد الجينات ذات الصلة أو الاهميه الخاصة ، وتحديد اهميه الجينات والمنتجات الجينية من خلال الجينوم الوظيفي16. وعلي الرغم من ان مجال المعلوماتية الحيوية لا يقتصر بالتاكيد علي هذه النهج ، الا انها هامه في مساعده الأطباء والباحثين علي أداره البيانات البيولوجية لصالح المرضي ككل.
تهدف هذه الدراسة إلى تسليط الضوء علي العديد من قواعد البيانات الهامه واستخدامها للبحوث حول مسار الإشارات الشق. NOTCH2، NOTCH3، والمنشطة co\u2012activator واستخدمت كامثله للدراسة قاعده البيانات. وقد استخدمت هذه الجينات لأنه تم التحقق من اهميه المسار الإشارات الشق في سرطان المبيض. وأكدت التحليلات المنهجية للبيانات المستردة اهميه الإشارات الشق في سرطان المبيض. الاضافه إلى ذلك ، لان الإشارات الشق مصانة جيدا عبر الأنواع ، وأكد ان الإفراط في التعبير عن الورم الخبيث والعقل المدبر معا يمكن ان تحفز الأورام في دروفيا المبيضين ، ودعم نتائج قاعده البيانات والدور الهام والمحفوظ للاشاره الشق في سرطان المبيض.
Protocol
Representative Results
Discussion
وبما ان هناك عددا لا يحصي من النهج والأساليب لاستخدام المعلوماتية الحيوية ، هناك قواعد بيانات عديده متاحه علي الإنترنت لعامه الجمهور. ويمكن استخراج وفره من المعلومات من كل من قواعد البيانات هذه ، ولكن البعض منها هو الأنسب لأغراض معينه ، مثل تقييم بقاء المريض علي أساس بعض المدخلات. ويمكن ل?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وكان هذا العمل مدعوما بتمويل البدء ، ومنحه بحوث كليه العلوم والرياضيات ، وجائزه دوره البحوث الصيفية ، وجائزه تمويل البحوث الاوليه من جامعه جورجيا الجنوبية.
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).
