Yumurtalık Kanserinde Çentik Sinyalizasyonunun Rolünü Anlamak İçin Biyoinformatik Yaklaşımların ve Deneysel Doğrulamaların Entegrasyonu

Özet

Biyoinformatik, büyük ölçekli veri kümelerini işlemek için yararlı bir yoldur. Biyoinformatik yaklaşımlarının uygulanması sayesinde, araştırmacılar hızlı, güvenilir ve verimli bir şekilde anlayışlı uygulamalar ve bilimsel keşifler elde edebilirsiniz. Bu makale, yumurtalık kanseri araştırmalarında biyoinformatik kullanımını göstermektedir. Ayrıca başarıyla deneme yoluyla biyoinformatik bulguları doğrular.

Özet

Çentik sinyalizasyonu, birçok hücresel işlemde yer alan son derece korunmuş bir düzenleyici yoldur. Bu sinyal yolunun disregülasyonu genellikle uygun gelişimi ile girişime yol açar ve hatta bazı durumlarda kanserlerin başlatılması veya ilerlemesine neden olabilir. Bu yol karmaşık ve çok yönlü fonksiyonlara hizmet verdiği için, birçok farklı yaklaşımla kapsamlı bir şekilde incelenebilir. Bunlardan, biyoinformatik inkar edilemez maliyet-etkin, ulaşılabilir ve kullanıcı dostu çalışma yöntemi sağlar. Biyoinformatik, büyük ölçekli veri kümelerinden daha küçük bilgi parçalarını ayıklamanın yararlı bir yoludur. Çeşitli biyoinformatik yaklaşımların uygulanması sayesinde, araştırmacılar bu büyük veri kümelerini hızlı, güvenilir ve verimli bir şekilde yorumlayarak anlayışlı uygulamalar ve bilimsel keşifler sağlayabilirler. Burada, yumurtalık kanserinde Çentik sinyalinin rolünü araştırmak için biyoinformatik yaklaşımlarının entegrasyonu için bir protokol sunulmuştur. Ayrıca, biyoinformatik bulgular deney yoluyla doğrulanır.

Giriş

Çentik sinyal yolu biyolojik organizmalar içinde birçok gelişimsel süreçler için önemli olan son derece korunmuş bir yoldur. Çentik sinyalizasyon hücre çoğalması ve kendini yenileme önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir, ve Çentik sinyal yolu kusurları kanserlerin birçok tip yol açabilir^1,2,3,4,5,6. Bazı durumlarda, Notch sinyal yolu hem doku büyümesi ve kanser hem de hücre ölümü ve tümör bastırma⁷bağlantılı olmuştur. Multipl Çentik reseptörleri (NOTCH 1−4) ve co\u2012activator Mastermind (MAML 1−3), tüm farklı fonksiyonları ile, karmaşıklık ek bir düzey ekleyin. Çentik sinyal yolu fonksiyonlar açısından sofistike olsa da, temel yolu moleküler bazda basittir⁸. Çentik reseptörleri hücre dışı ve hücre içi bölgelerden oluşan transmembran proteinleri olarak hareket^9. Notch reseptörlerinin hücre dışı bölgesine bağlanan bir ligand proteolitik bölünmeyi kolaylaştırır, bu da Notch hücre içi etki alanının (NICD) çekirdeğe salınmasına olanak tanır. NICD sonra co\u2012activator Mastermind downstream gen ekspresyonu¹⁰etkinleştirmek için bağlanır.

Son yıllarda, Çentik sinyalizasyon farklı türler arasında kanserçeşitli türlerin inisiyasyonu ve ilerlemesi nde çeşitli roller oynadığı gösterilmiştir^6,11. Örneğin, Çentik sinyalizasyon insan NOTCH1 geni içeren tümörigenez bağlantılı olmuştur¹². Son zamanlarda, NOTCH2, NOTCH3, Delta gibi 3 (DLL3), Mastermind\u2012like protein 1 (MAML1)ve bir disintegrin ve metalloproteinaz etki alanı\u2012içeren protein 17 (ADAM17) genleri güçlü yumurtalık kanseri ile ilişkili olduğu gösterilmiştir, özellikle hastaların kötü genel sağkalım ile¹³.

Deneysel ve hastayla ilişkili veri miktarı sürekli arttıkça, mevcut verilerin analizine olan talep de artmaktadır. Kullanılabilir veriler yayınlara dağılmış durumdadır ve tutarsız ve hatta çelişkili bulgular sunabilir. Yeni nesil sıralama gibi son yıllarda yeni teknolojilerin gelişmesiyle, mevcut veri miktarı katlanarak artmıştır. Bu bilim ve sürekli biyolojik araştırma için fırsatlar hızlı gelişmeler temsil rağmen, araştırma sorularını çözmek için kamuya açık verilerin anlamını değerlendirmek büyük bir sorun¹⁴. Biyoinformatik'in büyük ölçekli veri kümelerinden daha küçük bilgi parçalarını ayıklamanın yararlı bir yolu olduğuna inanıyoruz. Çeşitli biyoinformatik yaklaşımların uygulanması sayesinde, araştırmacılar bu büyük veri kümelerini hızlı, güvenilir ve verimli bir şekilde yorumlayarak anlayışlı keşifler sağlayabilirler. Bu keşifler potansiyel yeni ilaç tedavisi hedefleri veya hastalık biyobelirteçleri belirlenmesi arasında değişebilir, kişiselleştirilmiş hasta tedavileri^15,16.

Biyoinformatik hızla gelişmektedir ve teknolojik gelişmeler tıbbi ve biyolojik bilimi süpürürken yaklaşımlar sürekli değişmektedir. Şu anda, ortak biyoinformatik yaklaşımlar DNA veya protein dizilerini analiz etmek, belirli alaka veya önemi genleri belirlemek ve fonksiyonel genomik 16 ile gen ve gen ürünlerinin alaka belirlemek için kamuya açık veritabanları ve yazılım programlarının kullanımını içerir^16. Biyoinformatik alanı kesinlikle bu yaklaşımlarla sınırlı olmamakla birlikte, klinisyenlerin ve araştırmacıların biyolojik verileri bir bütün olarak hastaların yararına yönetmelerine yardımcı olmak açısından önemlidir.

Bu çalışma, birkaç önemli veritabanları ve Notch sinyal yolu hakkında araştırma için kullanımı vurgulamak amaçlamaktadır. NOTCH2, NOTCH3, ve onların co\u2012activator MAML1 veritabanı çalışması için örnek olarak kullanılmıştır. Yumurtalık kanserinde Notch sinyal yolunun önemi doğrulandığı için bu genler kullanılmıştır. Alınan verilerin sistematik analizi yumurtalık kanserinde Çentik sinyalinin önemini doğrulamıştır. Buna ek olarak, Notch sinyalizasyon iyi türler arasında korunmuş olduğundan, Drosophila melanogaster NICD ve Mastermind birlikte aşırı ifade Drosophila yumurtalıklarda tümörlerneden olabilir doğrulandı, veritabanı bulguları ve yumurtalık kanserinde Çentik sinyal önemli ve korunmuş rolü destekleyen.

Protokol

1. Genomik Profillerden Klinik Sonuçların Tahmini (PRECOG)

NOT: PRECOG portalı (precog.stanford.edu) gen ekspresyonu düzeyleri ve hasta klinik sonuçları da dahil olmak üzere 165 kanser ekspresyonu veri kümesinden kamuya açık verilere erişir^17. Özellikle meta\u2012Z analizini sağlar, bu analiz, hastanın genel sağkalımını göstermek için 39 kanser türünde z\u2012scores farklı genlerin z\u2012scores sağlamak için büyük veri kümeleri içerir. Kötü ve iyi sağkalım oranları sırasıyla pozitif ve negatif Z\u2012score değerleri ile gösterilir.

1. Bu veritabanına erişmek için akademik bağlı bir e-postaile bir hesap oluşturun. Hesapla ilişkili e-posta adresini ve parolayı girin.
2. Meta-Z analiz başlığının altında bulunan Ayrıntıları Görüntüle düğmesine tıklayın.
3. İlgi genini Arama çubuğuna girin.
4. İlgi belirli kanser türü için hayatta Kalma Z-puanı elde etmek için ekranın alt kısmında bulunan kaydırma çubuğunu kullanın.

2. CSIOVDB

NOT: CSIOVDB(csibio.nus.edu.sg/CSIOVDB/CSIOVDB.html)Singapur Kanser Bilim Enstitüsü tarafından yumurtalık kanseri¹⁸incelemek için geliştirilen bir mikrodizi veritabanıdır. Bu veritabanı, farklı tümör bölgelerinden karsinomların yanı sıra normal yumurtalık doku verilerini içermektedir. Buna ek olarak, CSIOVDB kaplan\u2012Meier sağkalım çizimleri diferansiyel gen ekspresyonu düzeyleri ile hasta sağkalım değerlendirmek için sağlar. CSIOVDB gen ekspresyonu düzeyleri ve yumurtalık kanseri aşamaları / sınıfları arasındaki ilişkiyi araştırmak için uygulanabilir.

1. İlgi alanı geni girdi, ardından Arama düğmesini tıklatın.
2. Hastalık Durumu sekmesine tıklayın.
   NOT: Bu sekme, yumurtalık kanseri hastalığı durumlarında ilgi hedef genin gen ekspresyonunun özet istatistiklerini sağlar.
3. Histoloji sekmesine tıklayın.
   NOT: Bu sekme, majör yumurtalık kanseri histolojilerinde ilgi çekici hedef genin gen ekspresyonunun özet istatistiklerini sağlar.
4. Clinico-patolojik Parametreler sekmesine tıklayın.
   NOT: Bu sekme, mann-Whitney testleri ile farklı yumurtalık kanseri aşamaları, dereceleri ve klinik yanıtları arasında gen ekspresyonu düzeylerinin karşılaştırılmasını sağlar.
5. Survival sekmesine tıklayın.
   NOT: Bu sekme, Genel Sağkalım ve Hastalıksız Sağkalımile ilişkili Kaplan-Meier çizimlerini sağlar. Bu veritabanı için hastalıksız sağkalım progresyon ve nükssüz sağkalım olarak kabul edilir¹⁸. Genel Sağkalım ve Hastalıksız Sağkalım için çok değişkenli analizler de bu sekme altında bulunmaktadır. Çok değişkenli analizler yumurtalık kanseri prognoses (evre, sınıf, cerrahi debulking, histoloji, yaş) ve ilgi geni ile ilgili özellikleri karşılaştırın.
6. Alt tür sekmesine tıklayın.
   NOT: Bu sekme, yumurtalık kanserinin moleküler alt tiplerine ilgi veren genin ifade düzeyi için özet istatistikler ve Mann-Whitney testleri sağlar. Bu sekme aynı zamanda Kaplan-Meier'e yumurtalık kanserinin moleküler alt tiplerinde ilgi veren genin Genel Sağkalım ve Hastalıksız Hayatta Kalma ile ilişkili çizimlerini de sağlar.

3. Normal ve Tümör dokusunda Gen Ekspresyonu (GENT)

NOT: GENT portalı (medical\u2012genome.kribb.re.kr/GENT) Kore Biyobilim ve Biyoteknoloji Araştırma Enstitüsü (KRIBB) tarafından geliştirilmiş ve sürdürülmektedir¹⁹. 16.400 (U133A; 241 veri kümesi) ve 24.300 (U133plus2; 306 veri kümesi) genel kullanıma açık örnekler toplar. Standardizasyondan sonra GENT, tümör ve normal dokulara ayrılan çeşitli dokular arasında gen ekspresyonu verilerini sunar.

1. Ekranın üst kısmındaki Arama sekmesine tıklayın.
2. 1 etiketli bölümde. Anahtar kelime, açılan menüden Terimler için Gen simgesini seçin, Anahtar Kelime bölümünün boş alanına ilgi geninin gen simgesini girdi ve Tür seçeneği için Doku'yu seçin.
3. 1'in altındaki Arama düğmesini tıklatın. Anahtar kelime bölümü. U133A ve U122Plus2 platformlarına göre farklı kanser tiplerinde normal ve tümör dokularında gen ekspresyonunun özet grafiklerini gösterir.
   NOT: Belirli bir veritabanını incelemek için ayırmak için özet grafiğin üst kısmındaki Veri Filtreleme seçeneğini seçmek isteğe bağlıdır.
4. Gen ekspresyonu değerleri, doku türleri ve veri kaynakları hakkında ayrıntılı bilgilere erişmek için Sonuç Veri İndirme'nin yanındaki bağlantıyı tıklatın.

4. Geniş Enstitüsü Kanser Hücre Hattı Ansiklopedisi (CCLE)

NOT: CCLE (portals.broadinstitute.org/ccle) Broad Institute tarafından oluşturulan ve genomik profilleri ve mutasyonlar sağlar 947 insan kanser hücresi hatları²⁰.

1. İstenilen genleri arama çubuğuna girve ardından Arama düğmesini tıklatın.
2. Veri Kümesini Seçetiketli bölümde açılan menüden mRNA ifadesi (RNAseq) seçeneğini tıklatın.
   NOT: Diğer seçenekler arasında mRNA ifadesi (Affy), Aşil shRNA nakavtve Kopya Numarası.
3. Tüm İzleri Toggle düğmesine tıklayın. Sağdaki gri kutudan ilgi doku türünü seçin. Ekranın altına doğru ilerleyin ve MRNA ifadeyi indir düğmesini tıklatın.
4. İndirilen metin belgesini açın. Tüm metni Sayfa 1'ekopyalayıp yapıştırın. Sayfa 1'dekitüm metni kopyalayın.
5. Elektronik tablo yazılımı Sayfa 2 sekmesinde elektronik tablonun altındaki sayfaya tıklayın. A sütununa sağ tıklayın, Özel Yapıştır'ıseçin ve ardından Sayfa 2'deki Transpose seçeneğini seçin.
6. Metin Sayfa 2'deiki sütuna dönüştürülürse, Sırala ve Filtre seçeneği başlığı için açılır oka tıklayın ve ardından Filtre seçeneğini seçin. Geneetiketli başlık alanında bir ok görünür. Ok tıklayın ve ilgi doku tipi yazın.
   NOT: Bu adım tüm verileri filtreleyecek ve yalnızca ilgi doku tipi için gen ekspresyonu düzeylerini görüntüler.

5. cBioPortal

NOT: cBioPortal (www.cioportal.org) Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi (MSK) geliştirilmiştir ve erişir, analiz eder ve büyük ölçekli kanser genomik verileri görselleştirir^21,22. Özellikle, bu portal araştırmacılar genetik değişiklikler ve sinyal ağları aramak için izin verir.

1. Açılış sayfasındaki sorguyu kullanarak, Çalışmaları Seçetiketli bölümün altındaki ilgi çeken organları/dokuları tıklatın. İlgi alanıyla ilgili özel çalışmayı seçin ve ardından Gene Sorgula düğmesine basın.
2. Genomik Profiller Seçetiketli bölümde, üç seçenek arasından seçim: Mutasyonlar, GISTIC putatif kopya numarası değişiklikleri, veya mRNA İfade. Ayrıca Hasta/Vaka Seti Seçiçin açılan menüden karşılık gelen verileri seçin.
3. Enter Genlersorgu kutusuna hedef gen sembolü(ler) girin. Sorguyu Gönder düğmesini tıklatın.
4. İstenilen gen ağını almak için sayfanın üst kısmındaki Ağ sekmesine tıklayın.
   NOT: Sinyal ağı renk kodludur. Girişli genler kalın kenarlı tohum düğümleri ile gösterilir. Her gen kırmızı bir daire ile temsil edilir ve kırmızı dairenin renk yoğunluğu mutasyon frekansını yansıtır. Genler farklı renkli çizgilerle birbirine bağlıdır. Kahverengi çizgiler aynı biyolojik bileşenin tutulumunu gösteren "Aynı Bileşende" anlamına gelir. Mavi çizgiler gen reaksiyonlarını gösteren "Reacts With" anlamına gelir. Yeşil çizgiler "Durum Değişikliği" anlamına gelir, bir gen başka bir genin bir devlet değişikliğine neden olabileceğini düşündürmektedir.
5. Ağ görüntüsü indirmek için Görüntü Olarak Kaydet 'i (PNG) seçmek için resmin üst kısmındaki Dosya sekmesine tıklayın.

6. Drosophila'nın istenilen genotipler ve DAPI boyama ile diseksiyonu

NOT: İstenilen genotipler ile kadın Drosophila toplamak, sonra görüntüleme için DAPI boyama prosedürleri geçmesi için sinek yumurtalıkları incelemek.

1. Fly stokları tj-Gal4, Gal80ts/CyO hazırlayın; UAS-NICD-GFP/TM6B, w*; UAS-mam.A; ve w[1118] NICD-aşırı ekspresyon ile sinekler oluşturmak için (tj-Gal4, Gal80ts/+; UAS-NICD-GFP/+ve NICD ve mam-aşırı ekspresyonu (tj-Gal4, Gal80ts/UAS-mam.A; UAS-NICD-GFP/+özelliği.
2. Spatiotemporal gen ekspresyonunu kontrol etmek için zamansal ve bölgesel gen ekspresyonu hedefleme (TARGET) tekniğini uygulayın²³. Sinekleri yetişkinliğe kadar 18 °C'de kaldırın, ardından diseksiyondan önce maya ile 48 saat boyunca 29 °C'ye gidin.
   NOT: tj-Gal4 sadece yüksek sıcaklıklaraltında UAS ifade sürücü olabilir, Gal80ts tarafından inhibisyonu rahatlamış olduğunda. Diseksiyondan önce maya ilavesi hasat için yumurtalıkları büyütür.
3. Bir embriyo toplama kabına 1x fosfat tamponlu salin (PBS) (137 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 10 mM Na₂HPO₄, 1,8 mM KH₂PO₄₎3 mL yerleştirin. Sinekleri anestezik için co₂ ped kullanın.
4. Bir dişi sinek seçin, sonra dikkatle bir çift kesme forseps kullanarak sinek alt toraks kapmak ve bir embriyo toplama çanak 1x PBS çözüm içine batırın. Alt karın çimdik ve iç organları serbest bırakmak için yavaşça çekmek için forceps ikinci bir çift kullanın.
5. Yumurtalık çiftini sinek gövdesinden tanıyın ve ayırın. Yumurtalıkların arka ucunda bulunan kas kılıfını kırın ve ovarioles'i ayırın.
   NOT: Daha kaliteli boyama sonuçları elde etmek için ovarioles'in ayrılması ve kas kılıfının kırılması gerekmektedir.
6. Yumurtalıkları 500 μL 1x PBS içeren 1,5 mL'lik bir santrifüj tüpüne yerleştirin. Tüm yumurtalıklar toplanana kadar tüp buz üzerinde kalmalıdır.
7. 1x PBS'yi çıkarın ve 0,5 mL düzeltme çözeltisini (%4 formaldehit) tüpün içine yerleştirin. 10 dakika boyunca nutator üzerine tüp yerleştirin.
8. Düzeltme çözeltisini tüpten çıkarın ve uygun bir atık kabına atın. Yumurtalıkları 15 dakika boyunca 3x yıkamak için 1 mL 1x PBT (%0,4 Triton™ X-100 ile desteklenmiş 1x PBS kullanın.
9. Nonspesifik bağlanmayı önlemek için son PBT yıkamayı atın ve 1 mL PBTG (%0.2 büyükbaş hayvan serumalbumini, 1x PBT'de %5 normal keçi serumu) ekleyin.
   NOT: Bu adım DAPI boyama için atlanabilir, ancak antikor boyama için gereklidir. Ayrıntılı immünohistokimya boyama Jia ve ark.²⁴bulunabilir.
10. 10−15 dakika boyunca tüpe 150 μL DAPI (10 μg/mL) yerleştirin. DAPI'yi atın ve 1x PBT'nin 1 mL'sini kullanarak yumurtalıkları 1x 10 dk yıkayın. PBT'yi çıkarın ve 1x PBS kullanarak 10 dk boyunca 2x yıkayın.
11. Yumurtalıklarla birlikte tüpte yaklaşık 300 μL PBS kalana kadar fazla PBS'yi çıkarın. Yumurta odalarını boşaltmak için yumurtalıkları 200 μL'lik pipet kullanarak birkaç kez yukarı ve aşağı borulayın.
12. Tüpü yavaşça aşağı doğru çevirin ve yumurtalıkları çıkarmadan mümkün olduğunca fazla 1x PBS çözeltisini dikkatlice çıkarın. Tüpiçine 120 μL montaj çözeltisi (1 g n-propil gallate, 5 ml 10X PBS, 40 ml gliserol ve 5 ml dH₂O) yerleştirin.
    NOT: Montaj çözeltisi yapışkanolduğundan, tam olarak 120 μL montaj çözeltisini bir tüpe aktarmak zordur. Bu sorunu hafifletmek için, 1.000 μL pipet ucu tüp içine montaj çözeltisi üç damla eklemek için kullanılabilir.
13. 200 μL'lik pipet ucundan yaklaşık 0,33 mm çıkarın ve montaj çözeltisini mikroskop cam kaydırağının üzerine yerleştirmek için yeni kesilmiş pipet ucunu kullanın.
14. Kapaklı camı yavaşça montaj solüsyonuna yerleştirin ve kapak fişinin kenarlarını şeffaf ojeile kapatın.
    NOT: Konfokal görüntüler çekerken yumurta odalarının montaj çözeltisinin içine akmasını önlemek için kapak camı kenarlarının sızdırmazolması gerekir.
15. Aşağıdaki ayarları kullanarak konfokal mikroskopla görüntü elde edin: objektif lens = 10x büyütme; sayısal diyafram = 0.8; DAPI emisyon dalga boyu = 410−513 nm.

Sonuçlar

PRECOG portalı kullanılarak 1. adımda belirtilen prosedür kullanılarak yumurtalık kanserinde NOTCH2, NOTCH3ve MAML1'in Z-skorları elde edilmiştir (sırasıyla 1.3, 2.32, 1.62). Negatif Z\u2012score değerleri, üç genin ekspresyon düzeyi yüksek olan hastaların genel sağkalımlarının zayıf olduğunu göstermektedir. Elektronik tablo yazılımının Koşullu Biçimlendirmesi kullanılarak, Z\u2012score değerleri Şekil 1'dekirenkli ?...

Tartışmalar

Biyoinformatik kullanımı için sayısız yaklaşım ve yöntem olduğundan, genel halk için online olarak çok sayıda veritabanları mevcuttur. Bu veritabanlarının her birinden çok sayıda bilgi alınabilir, ancak bazıları belirli girdilere dayalı olarak hasta sağkalımını değerlendirmek gibi belirli amaçlar için en uygun lardır. Farklı veritabanlarından alınan verilerin sistematik analizi, önemli bilimsel bulgular alabiliyor.

Mevcut analiz, biyoinformatik yaklaşımların...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
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