Μελέτη της διαφορικής έκφρασης γονιδίων έπειτα από έκθεση σε χαμηλές δόσεις ιοντιζουσών ακτινοβολιών μέσω ανάλυσης δεδομένων μικροσυστοιχιών - Μιχαλέττου, Θεοδώρα-Δάφνη (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2017)
Η χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών αποτελεί την συνηθέστερη μέθοδο προσέγγισης για την διάγνωση και την θεραπεία πολλών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων τύπων καρκίνου. Σύμφωνα με πολλαπλές πηγές, θεωρείται ότι η επίδραση των υψηλών δόσεων ακτινοβολίας σχετίζεται κυρίαρχα με την φλεγμονή και το οξειδωτικό στρες. Στόχος της εργασίας είναι ο καθορισμός των επιδράσεων των χαμηλών δόσεων ακτινοβολίας στον ανθρώπινο ιστό. Για το σκοπό αυτό, συγκρίνονται τα διαφορικώς εκφραζόμενα γονίδια ως απόκριση στην έκθεση σε χαμηλές και υψηλές δόσεις καθώς και τα βιολογικά δίκτυα στα οποία συμμετέχουν αυτά. Μέθοδος Επιλέχθηκαν δείγματα από ανθρώπινους ιστούς κατηγοριοποιημένα ως ακτινοβολημένα με χαμηλή ή υψηλή δόση ακτινοβολίας και μη ακτινοβολημένα (δείγματα ελέγχου) και καθορίστηκε σε αυτά η γονιδιακή έκφραση μέσω ανάλυσης δεδομένων μικροσυστοιχιών. Τα πρωταρχικά δεδομένα από τις μελέτες λήφθηκαν από το GEO (δημόσιο αποθετήριο γονιδιακής έκφρασης). Τα δεδομένα (από τις σειρές GSE8917, GSE12435, GSE16935, GSE23901, GSE29344, GSE52918, GSE59861) υποβλήθηκαν σε διόρθωση υποβάθρου, κανονικοποίηση ποσοστημορίου και λογαρίθμιση με την βοήθεια του πακέτου της Limma από την σουίτα Bioconductor που βασίζεται στην γλώσσα προγραμματισμού R. Επίσης λήφθηκαν γονιδιακά δεδομένα από το BioMart και σχεδιάστηκε βάση δεδομένων MySQL με σκοπό την αποθήκευση των δεδομένων μας και την διεξαγωγή μετα-ανάλυσης για την επιλογή των στατιστικά σημαντικών διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων. Χρησιμοποιώντας την STRING και το WebGestalt, καταφέραμε να σχεδιάσουμε γονιδιακά δίκτυα και να καθορίσουμε τις βιολογικές διεργασίες που σχετίζονται με την απόκριση στις ιοντίζουσες ακτινοβολίες. Αποτελέσματα Στα αποτελέσματα της ανάλυσης αυτής για την επίδραση των χαμηλών δόσεων ιοντίζουσας ακτινοβολίας συγκαταλέγονται: η ενεργοποίηση μηχανισμών επιδιόρθωσης DNA και διαδικασίες που σχετίζονται με την αναστολή του κυτταρικού κύκλου καθώς και η ενεργοποίηση απόκρισης έπειτα από έκθεση σε ακτινοβολία ιοντίζουσα και μη. Μεγαλύτερο ενδιαφέρον όμως παρουσιάζει η ενεργοποίηση του μονοπατιού «GAB1 Signalosome», που οδηγεί στην ενεργοποίηση μέσω σηματοδότησης της AKT, η οποία και έχει συσχετιστεί με την δημιουργία καρκίνου. Τέλος, υπάρχουν ενδείξεις για μονοπάτια που μπορούν να συσχετιστούν με την επεξήγηση του φαινομένου του παρατυχόντος. Συζήτηση Συγκρίνοντας την απόκριση σε υψηλές και χαμηλές δόσεις ακτινοβολίας γίνεται αντιληπτό ότι υπάρχουν διαφορές. Ενώ στις υψηλές είναι βέβαιη η κινητοποίηση του κυττάρου μέσω της ενεργοποίησης της p53 και ορισμένων μηχανισμών επιδιόρθωσης DNA, στις χαμηλές δόσεις η απόπειρα του κυττάρου να ενεργήσει κατάλληλα δεν διαφαίνεται πλήρως. Παρόλα αυτά η εμφάνιση του γονιδίου CDKN1A στην πλειοψηφία των αποτελεσμάτων για την έκθεση σε χαμηλές δόσεις, η έκφραση του οποίου οδηγεί στην παραγωγή της p53-εξαρτώμενης πρωτεΐνης p21, δίνει ενδείξεις για την ενεργοποίηση της ογκο-κατασταλτικής πρωτεΐνης p53 και των αντίστοιχων μηχανισμών επιδιόρθωσης και στην περίπτωση των χαμηλών δόσεων. Αν και τα γονίδια που προέκυψαν από την ανάλυση ως στατιστικώς σημαντικά διαφορικώς εκφρασμένα μπορούν να συσχετιστούν με την βιβλιογραφία, χρήζουν αναθεώρησης καθώς δεν αναδείχθηκαν από τις μεθόδους διόρθωσης πολλαπλών ερωτημάτων. Η στατιστική αξία αυτών θα ήταν μεγαλύτερη αν είχαν προέλθει από μεγαλύτερο αριθμό σειρών δεδομένων στην περίπτωση του μοντέλου τυχαίων επιδράσεων κατά την διεξαγωγή μετα-ανάλυσης, ή αν ο σχεδιασμός των πειραμάτων χαρακτηριζόταν από μεγαλύτερη ομοιογένεια, επιλέγοντας έτσι το μοντέλο των σταθερών επιδράσεων. Επίσης η χρήση μελετών που χρησιμοποιούσαν κυτταρικές σειρές πιθανά επηρέασε την ανάλυση, καθώς στα αθανατοποιημένα κύτταρα έχουν επηρεαστεί οι διεργασίες του κυτταρικού κύκλου, οι οποίες αποτελούν βασικό τμήμα της απόκρισης σε ιοντίζουσα ακτινοβολία. Τέλος οφείλει να σημειωθεί ότι η διεξαγωγή επιπλέον πειραμάτων για τον καθορισμό των επιδράσεων των χαμηλών δόσεων ιοντίζουσας ακτινοβολίας είναι αναγκαία για την βελτίωση των μεθόδων διάγνωσης και θεραπείας και την πρόληψη πολλών ασθενειών. Λέξεις-κλειδιά: ιοντίζουσες ακτινοβολίες, χαμηλές δόσεις, υψηλές δόσεις, διαφορική έκφραση γονιδίων, φαινόμενο του παρατυχόντος, βιοπληροφορική, ανάλυση μικροσυστοιχιών, βάσεις δεδομένων, μετα-ανάλυση, βιοδείκτες, βιολογικά δίκτυα