Naukowcy z Cold Spring Harbor Laboratory opracowali oprogramowanie, które prawidłowo dedukuje kontynentalne pochodzenie z DNA i RNA guza.

„Można wskazać konkretne geny, które predysponują ludzi do pewnych typów nowotworów, ale w tym przypadku mówimy o czymś innym” dr Aleksander Krasnitz, profesor naukowy w Cold Spring Harbor Laboratory, powiedział Healio. „Mówimy o tym, jak wygląd i biologia guzów różnią się u różnych ludzi w zależności od ich pochodzenia”.

Krasnitz i jego zespół badawczy przeszkolili swoje narzędzia programowe przy użyciu hybrydowych profili DNA utworzonych z genomów nowotworowych i niezwiązanych z rakiem o znanym tle. Następnie przetestowali działanie oprogramowania na próbkach raka trzustki, jajnika, piersi i krwi od pacjentów o znanym pochodzeniu. Oprogramowanie wykazało 95% dokładność w dopasowywaniu tych hybrydowych profili do populacji kontynentalnych.

Krasnitz rozmawiał z Healio o potencjalnej przydatności oprogramowania i jego implikacjach w leczeniu raka.

Healio: Co skłoniło Cię do przeprowadzenia tego badania?

Krasnitz: Chcielibyśmy dowiedzieć się znacznie więcej o przodkach i raku. Było wiele ważnych publikacji na ten temat z ważnych grup. Przeszkodą jest to, że takie badania wymagają dużej ilości danych. Idealnie byłoby, gdyby były to dane systematyczne, co oznacza, że ​​masz genomowy, molekularny portret raka. Jednocześnie jednak potrzebny jest także wolny od raka portret genomowy danej osoby.

Musisz znać genom danej osoby, a na podstawie tego genomu możesz określić genetykę raka. Musisz je połączyć. Problem polega na tym, że w przypadku większości istniejących danych na temat raka mamy portret guza, ale nie mamy pasującego portretu genetycznego danej osoby. Ogromne bazy danych, takie jak Sequence Read Archives, są utrzymywane przez rząd, podobnie jak inne bardzo duże bazy danych. Postanowiliśmy zrobić coś, co pozwoliłoby nam dowiedzieć się czegoś o genomowym portrecie osobnika z danych pochodzących z raka.

Inny aspekt dotyczy biobanków lub archiwów tkanek. Zazwyczaj, jeśli udasz się do dużego centrum medycznego i porozmawiasz z patologiem lub specjalistą prowadzącym biobanki lub archiwa tkanek, możesz znaleźć próbkę raka z guza. Jednak niezwykle trudno byłoby znaleźć próbkę od tego samego pacjenta, która jest wolna od raka. Porównując oba obok siebie, możesz dowiedzieć się o związku między pochodzeniem a rakiem. Istnieją epidemiologiczne przykłady tego, jak na przykład niektóre podtypy raka piersi, takie jak potrójnie ujemny rak piersi, są znacznie bardziej rozpowszechnione u osób pochodzenia afrykańskiego.

Healio: W jaki sposób oprogramowanie rozwiązuje te problemy?

Krasnitz: Korzystając z narzędzi, które próbowaliśmy zbudować, możemy teraz przejść do archiwum tkanek, wyciągnąć tkankę i przeanalizować ją genomowo, poprzez analizę molekularną. Stamtąd możesz również dowiedzieć się czegoś o jednostce i, co ważne, o jej przodkach. W tym celu opracowaliśmy metody obliczeniowe.

Nauczyliśmy się przywracać rodowy portret jednostki z tak zwanych sekwencji egzomowych. Zasadniczo jest to sekwencja DNA, ale jest ograniczona do regionu kodującego genomu. Możemy to zrobić jeszcze lepiej, jeśli mamy sekwencje całego genomu, ale są one nieco mniej powszechne i dużo droższe. Nauczyliśmy się również, jak to zrobić z sekwencji RNA, które różnią się od sekwencji DNA. Możemy przyjrzeć się sekwencjom RNA danej osoby i dowiedzieć się z niej czegoś o jej pochodzeniu w szczegółach.

Możemy to również zrobić z panelu genów. W przypadku paneli genów nie sekwencjonujesz całego genomu — nie sekwencjonujesz nawet części kodującej genomu; ale z kodującej części genomu sekwencjonujesz tylko kilkaset genów. Otrzymujesz mniej informacji, ale nawet na ich podstawie możesz dowiedzieć się czegoś o pochodzeniu danej osoby.

Oprócz genetycznego aspektu struktury molekularnej komórki, istnieją również specjalistyczne testy epigenetyczne, które można wykonać, i chociaż uzyskana sekwencja jest dość ograniczona, nadal można dowiedzieć się o pochodzeniu danej osoby. Nauczyliśmy się tego wszystkiego i teraz czekamy na dwie aplikacje.

Healio: Czym są te aplikacje?

Krasnitz: Bierzemy udział w badaniu prowadzonym przez naszych kolegów z Cold Spring Harbor Laboratory oraz naszych kolegów z naszych partnerskich instytucji medycznych, Northwell Health i SUNY Downstate Medical Center. Mamy chirurgiczne próbki raka jelita grubego, ale nie mamy odpowiedniej tkanki wolnej od raka od pacjenta. Jest to bezpośrednie zastosowanie oprogramowania.

Istnieje inny sposób zastosowania tego szerzej, nie tylko do raka, ale do każdej ludzkiej choroby. Kiedy próbujesz ustalić pochodzenie osoby na podstawie danych molekularnych, napotykasz dwie trudności. Jednym z nich jest to, że może istnieć rak, a często rak przestawia genom w taki sposób, że trudno go rozpoznać. Innym problemem jest to, że nie wszystkie typy danych są optymalne do uczenia się przodków. Przykłady, które podałem, takie jak sekwencje RNA, panele i testy epigenetyczne, nie są idealne do tego celu, ale mimo to możesz to zrobić. Możesz mieć, na przykład, pośmiertną próbkę mózgu pacjenta z chorobą Alzheimera, ale być może masz tylko próbkę RNA. Jeśli jesteś w tej ograniczonej sytuacji, co robisz? Nadal możesz się z tego uczyć, używając innych metod. Czyli w skrócie co zrobiliśmy.

Healio: Czy można to wykorzystać do opracowania ukierunkowanego rak zabiegi?

Krasnitz: W przyszłości jest to całkiem możliwe. Jeśli dowiesz się czegoś o przodkach pacjenta, a następnie uzyskasz niepowiązaną obserwację retrospektywną, to tło może wskazywać na większe prawdopodobieństwo wystąpienia określonego podtypu raka. Dzięki lepszym informacjom możesz podejmować decyzje kliniczne.

Healio: Czy jest coś jeszcze, co chciałbyś o tym powiedzieć?

Krasnitz: Ten wynik nie byłby możliwy bez naszego pierwszego autora, mojego doktora habilitowanego Pascala piękny. Jego wysiłek w tym projekcie był wręcz heroiczny. Wymyślił kluczowe pomysły, napisał tysiące linii kodu i przeanalizował ogromne ilości danych.

Po więcej informacji:

Aleksandra Krasnitzadr hab, dostępny pod adresem: Cold Spring Harbor Laboratory, 1 Bungtown Road, Cold Spring Harbor, NY 11724; e-mail: krasnitz@cshl.edu.