Регистрация / Вход
Прислать материал

Выявление перспективных молекулярных мишеней для терапии гепатоцеллюлярной карциномы на основе системно-биологического анализа транскриптомных данных, полученных методом NGS.

Номер контракта: 14.607.21.0049

Руководитель: Кондрашов Алексей Симонович

Должность руководителя: профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ

Докладчик: Мюге Николай Сергеевич, с.н.с. НИИ ФХБ МГУ

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
молекулярные мишени, гепатоцеллюлярная карцинома, рак печени, системная биология, внутриклеточные сигнальные пути, транскриптом, rna-seq, альтернативный сплайсинг, регулятор экспрессии, разработка новых лекарственных препаратов.

Цель проекта:
Онкологические заболевания – проблема высокой социальной значимости, поскольку они занимают второе место среди причин смертности населения развитых стран. Одним из основных направлений повышения эффективности лечения злокачественных новообразований является разработка и внедрение в клиническую практику таргетных лекарственных препаратов, действие которых направлено на специфические для опухолей нарушения сигнальных каскадов. В настоящем проекте предлагается разработать и апробировать новый подход к идентификации молекулярных мишеней для терапии онкологических заболеваний на примере одной из наиболее агрессивных форм опухолей – гепатоцеллюлярной карциномы (ГК). ГК – самая часто встречающаяся опухоль печени и одна из наиболее распространенных форм рака в мире, характеризующаяся быстро прогрессирующим течением и неблагоприятным прогнозом. Целью проекта является разработка программного обеспечения для построения транскрипционных функциональных карт, отражающих изменения молекулярного профиля клеток при патогенезе гепатоцеллюлярной карциномы, а также выявление и валидация новых молекулярных мишеней для противоопухолевой терапии гепатоцеллюлярной карциномы на основе системно-биологического анализа транскриптомных данных, полученных методом NGS. Ожидаемые результаты проекта могут быть использованы для создания новых таргетных противораковых препаратов, а разработанные в ходе работ методы и программное обеспечение могут быть применены для выявления молекулярных мишеней для других форм злокачественных опухолей.

Основные планируемые результаты проекта:
В проекте будет разработан и опробован новый системный подход к поиску молекулярных мишеней для терапии ГК. Используя наиболее совершенный на сегодняшний день метод анализа экспрессии (RNA-Seq) нами будет проведен сбор и транскриптомное профилирование образцов ГК. Накопленные данные об особенностях генной экспрессии при ГК открывают путь к рациональному подходу к поиску мишеней, а именно идентификации регуляторов экспрессии, т.е. белков, контролирующих уровень транскрипции многих других генов (в частности, транскрипционных факторов). Активированный регулятор является потенциальной молекулярной мишенью для действия противоопухолевых препаратов, поскольку блокировка нежелательных изменений в экспрессии генов может вызвать по крайней мере частичную реверсию злокачественного фенотипа. В ходе выполнения проекта будут разработаны собственные методы поиска и визуализации активированных регуляторов, а также построения на этой основе полногеномных транскрипционных функциональных карт (результат, способный к правовой охране). Будет проведена экспериментальная валидация изменения экспрессии или активности наиболее значимых из выявленных мишеней в клинических образцах ГК.
Предлагаемый проект полностью соответствует современным тенденциям развития молекулярной онкологии, поскольку направлен на выявление новых мишеней для терапии рака печени, для которого практически отсутствует эффективная химиотерапия, использует передовые экспериментальные (технология RNA-Seq) и системно-биологические (выявление регуляторов экспрессии) подходы.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В настоящем проекте будет разработан и апробирован новый подход к идентификации молекулярных мишеней для терапии онкологических заболеваний на примере одной из наиболее агрессивных форм опухолей – гепатоцеллюлярной карциномы (ГК) – самой часто встречающейся опухоли печени и одной из наиболее распространенных форм рака в мире. Полученный список мишеней, выявленный на большом массиве (более 200 пар) данных по изучению транскриптома ГК, верифицированный путем анализа транскриптома методом RNA-SEQ у 50 клинических случаев пациентов РОНЦ им. Блохина и валидированный путем исследования функциональной значимости инактивации выбранных генов на модельных системах культур ГК человека с помощью малых шпилечных РНК и/или специфических ингибиторов, будет представлять несомненный интерес для дальнейшего поиска путей лечения данного вида онкологического заболевания.
Созданные в ходе выполнения проекта базы данных экспериментов, клинически верифицированные коллекции биологических образцов, база данных сигнальных и метаболических каскадов (pathways), включая генные сети процессов онкогенеза и метаболизма лекарственных средств, а также разрабатываемое программное обеспечение по выявлению молекулярных мишеней могут быть задействованы при исследовании других типов рака.
Полученный список мишеней является результатом, способным к правовой охране. Разработанные алгоритмы поиска молекулярных мишеней, имплементированные в разрабатываемом ПО, являются новыми в мировой практике.
На данном этапе выполнения проекта успешно преодолены ключевые моменты, представляющие риски при достижении поставленного результата. Удалось полностью создать коллекцию биологического материала из 50 клинических случаев гепатокарциномы, и проведенный анализ образцов показал высокую степень сохранности РНК. Благодаря тому, что основные реактивы на проведения секвенирования были закуплены в 2014 г., удалось провести секвенирование в полном объеме, не смотря на существенное подорожание импортных реактивов в текущем году.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Новые молекулярные мишени, выявленные в ходе выполнения проекта, могут быть использованы научными учреждениями и фармацевтическими компаниями для разработки новых препаратов для лечения онкологических заболеваний, а также расширения списка локализаций, для которых могут быть использованы таргетные препараты, ранее прошедшие клинические испытания для других форм опухолей. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, могут быть востребованы медицинскими учреждениями РФ как государственного подчинения, так и коммерческими медицинскими учреждениями и фармацевтическими компаниями, внедряющими инновационные подходы в области лечения онкологических заболеваний. Разработанные алгоритмы и программы по идентификации регуляторов генной экспрессии и выявлению задействованных молекулярных путей могут быть использованы медицинскими, образовательными и научными учреждениями медико-биологического профиля, в том числе и для работ в области персонифицированной медицины. Современная мировая тенденция к созданию NGS-лабораторий и биоинформатических подразделений в онкологических центрах позволяет уверенно предсказать растущую востребованность разрабатываемых подходов.

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения проекта на первом этапе был проведен анализ мировой научной литературы в области исследования основных механизмов и сигнальных путей, определяющих возникновение и развитие злокачественного фенотипа ГК. Установлено, что ключевыми эффекторами гепатоканцерогенеза являются сигнальные пути, регулируемые фактором роста эндотелия сосудов (VEGF), фактором роста тромбоцитов (PDGF), эпидермальным фактором роста (EGF), трансформирующим фактором роста β (TGFβ), инсулиноподобным фактором роста (IGF), фактором роста гепатоцитов (HGF), а также каскады митоген-активируемых протеинкиназ (МАРК), фосфоинозитид-3-киназы (PI3K)/AKT/ mTOR и сигнальные пути Wnt/β-катенин и Hippo. В ходе выполнения работ по первому этапу была собрана информация и созданы базы данных имеющихся экспериментов по изучению транскриптома включающих публично доступные данные по транскриптому нормальной и опухолевой ткани печени при ГК (200 образцов) для интеграции в разрабатываемое программное обеспечение. Создана коллекция тканеспецифичных сигнальных и метаболических каскадов (pathways), включая генные сети процессов онкогенеза ГК и метаболизма лекарственных средств.
В ходе выполнения работ по второму этапу была сформирована коллекция биологического материала, выделены препараты тотальной РНК нормальных и опухолевых тканей онкологических пациентов с ГК в двух повторностях (всего 140 образцов), приготовлены библиотеки кДНК из РНК для транскриптомного анализа, проведено секвенирование транскриптома всех 140 библиотек методом RNA-Seq с использованием прибора Illumina HiSeq2000, проведен первичный биоинформатический анализ полученных данных. Также был разработан метод и алгоритм анализа транскрипционных данных, основанный на выявлении регуляторов генной экспрессии, предложен метод построения транскрипционной функциональной карты. Разработано программное обеспечение для нахождения потенциальных мишеней с использованием общедоступных данных транскрипционного анализа. Разработана база данных для хранения и последующего анализа информации о существующих противоопухолевых лекарственных препаратах, их молекулярных мишенях и ассоциированных заболеваниях. Разработаны алгоритмы выявления продуктов альтернативного сплайсинга, дифференциально экспрессированных в нормальных и опухолевых тканях, с использованием программы SAJR.
На третьем этапе проекта путем анализа большого массива данных экспериментов по изучению транскриптома с использованием разрабатываемого программного обеспечения получены списки потенциальных молекулярных мишеней, проведена их функциональная аннотация. Проведена верификация методом RNA-seq транскрипционных профилей c использованием количественной ОТ-ПЦР в реальном времени, а также проведена валидация выявленных мишеней на экспериментальных данных, полученных методом RNA-seq в соответствии с Программой и методиками исследовательских испытаний (валидации). Использование экспериментальных данных, полученных нами методом RNA-Seq, показало, что большая часть выявленных на публичных данных мишеней (>60%) также задействовано и в исследованных нами клинических случаях.
Работы выполняются в полном объеме и в соответствии с планом-графиком.