popularyzatorski opis rezultatów projektu
advertisement
Nr wniosku: 152086, nr raportu: 2522. Kierownik (z rap.): dr inż. Roman Tomasz Jaksik Różnorodność odpowiedzi komórkowej na promieniowanie jest bardzo istotnym problemem współczesnej medycyny a analiza procesów regulatorowych, które są jej podłożem stanowi duże wyzwanie dla współczesnych metod modelowania procesów i zjawisk biologicznych. Badania wpływu promieniowania na odpowiedź komórek w postaci zmiany profilu ekspresji genów mogą dostarczyć odpowiedzi na bardzo wiele pytań związanych ze zróżnicowaniem mechanizmów naprawy bądź programowej śmierci komórek. W ramach projektu przeprowadzono analizę procesów regulacji ekspresji genów w komórkach nowotworowych eksponowanych na działanie promieniowania jonizującego, w niskiej dawce jaka stosowana jest podczas radioterapii. W pierwszym etapie przeprowadzono analizę danych z eksperymentów wykorzystujących mikromacierze oligonukleotydowe, technologię, która przez ostatnie lata stała się jednym z podstawowych narzędzi badań w biologii molekularnej a także elementem nowoczesnej diagnostyki klinicznej. Pomimo ogromnego rozwoju tej technologii w ciągu ostatniej dekady, interpretacja wyników tego typu badań jest nadal problematyczna, ze względu na liczne luki w zrozumieniu zasad jej działania. W wyniku przeprowadzonych w projekcie badań zaobserwowano nieopisane dotychczas zależności pomiędzy zmianą poziomu ekspresji genów a ich składem nukleotydowym. Pokazano, że tego typu zależność może być artefaktem samej metody pomiarowej i wskazano możliwe źródła tego zjawiska leżące u podstaw samej procedury doświadczalnej, którą niezwykle trudno jest kontrolować w stopniu jaki pozwalałby temu uniknąć. W związku z tym zaproponowano nowy algorytm przetwarzania danych którego celem jest przeciwdziałanie temu zjawisku i z powodzeniem przetestowano jego skuteczność na publicznie dostępnych zbiorach danych mikromacierzowych. Opracowaną metodę przetwarzania danych wykorzystano do scharakteryzowania odpowiedzi komórek na promieniowanie jonizujące. Wykonana analiza wskazuje na istotne znaczenie procesów regulacji bazujących na krótkich cząsteczkach RNA, tzw. mikroRNA w regulacji poziomów ekspresji genów napromieniowanych komórek. Zaobserwowany wzrost poziomu ekspresji genów bogatych w miejsca wiążące mikroRNA sugeruje relaksację procesów związanych z degradacją transkryptów w procesie regulacji, co potwierdza zaobserwowany spadek poziomu mikroRNA w komórkach eksponowanych na promieniowanie. W ramach weryfikacji uzyskanych wyników przeprowadzono dodatkowe eksperymenty, w których do komórki wprowadzono gen kodujący białko lucyferazy o sekwencji nukleotydowej, która pozwala na jego regulacje przez różne cząsteczki mikroRNA a także określone białka regulatorowe. Obserwacje zmian poziomu fluorescencji lucyferazy w napromieniowanych komórkach umożliwiły potwierdzenie roli określonych cząsteczek miRNA i białka Auf1 w regulacji ekspresji genów. Przeprowadzona w ramach pracy analiza bioinformatyczna potwierdzona eksperymentami biologicznymi może się przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów odpowiedzi komórkowej na promieniowanie jonizujące oraz roli różnych elementów regulacyjnych w jej wyindukowaniu. Badania nad źródłami niedokładności pomiarowych w eksperymentach opartych o mikromacierze oligonukleotydowe a w szczególności analiza wpływu składu nukleotydowego genów na oszacowane zmiany w ich poziomach ekspresji, mogą w znaczny sposób zwiększyć dokładność tego typu metod. Mikromacierze nie są jedyną techniką pomiarową, której rezultaty mogą być uzależnione od składu nukleotydowego badanych genów. Podobny problem jak ten opisany dla mikromacierzy może dotyczyć także eksperymentów opartych o sekwencjonowanie RNA oraz w szczególności w eksperymentach opartych o technikę RT-qPCR a także wszędzie tam, gdzie wykorzystywane są techniki amplifikacji materiału biologicznego lub zjawisko hybrydyzacji. Świadomość tego zjawiska na etapie projektowania eksperymentu i w szczególności analizy danych może przyczynić się do lepszej interpretacji uzyskanych w przyszłości wyników badań.
