Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0101

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0101
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Название доклада
Разработка эпигеномных и метаболомных сигнатур в стуле и крови для ранней диагностики рака прямой кишки.
Докладчик
Кель Александр Эдуардович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Рак прямой кишки является наиболее распространенной формой злокачественных опухолей кишечника. При выявлении заболевания на I стадии и адекватной терапии выживаемость пациентов составляет 90%; выживаемость пациентов с раком прямой кишки IV стадии составляет не более 6%.. Цель настоящего проекта - выявить диагностически значимые для ранней диагностики рака прямой кишки комбинированные молекулярные биомаркеры в крови и стуле и разработать на их основе макет тест-системы для ранней диагностики рака прямой кишки. Предполагается выявлять наборы биомаркеров, которые связаны причинно- следственными взаимоотношениями с ключевыми элементами молекулярных механизмов возникновения и прогрессирования рака прямой кишки.
Актуальность и новизна исследования
Цель ПНИ: разработка комбинаций эпигеномных (микроРНК, модификации хроматина) и метаболомных (липиды, сахара) маркеров и выявление их диагностически значимых значений (сигнатур) в стуле (кале) и крови пациентов для ранней диагностики рака прямой кишки; разработка маркеров и их диагностически значимых комбинаций (сигнатуры), включающие микроРНК, липиды, сахара для диагностики онкологических заболеваний.
Раннее выявление онкологических заболеваний остается актуальной проблемой современного здравоохранения. Одним из перспективных направлений решения задачи является поиск неинвазивных молекулярных маркеров, обнаруживаемых в крови, стуле, и других доступных биообразцах. Рак прямой кишки является наиболее распространенной формой злокачественных опухолей кишечника. При выявлении заболевания на I стадии и адекватной терапии выживаемость пациентов составляет 90%; выживаемость пациентов с раком прямой кишки IV стадии составляет не более 6%. Таким образом, поиск специфичных и чувствительных молекулярных маркеров рака прямой кишки является одной из важнейших задач в онкологии.
Описание исследования

В ходе ПНИ Исполнителем выполняется компьютерный анализ причинно-следственных взаимосвязей между полученными маркерами  и выявлены предположительные молекулярные механизмы и ключевые молекулярные нарушения, лежащие в основе наблюдаемых изменений в геноме и скоррелированные с ранними стадиями рака прямой кишки.

В результате этой работы разработан первичный набор из 214-ти маркеров, связанных с выявленными механизмами и дающих максимально робастное предсказание ранних стадий рака прямой кишки. Проведены дополнительные патентные исследования. Проведены работы по достижению показателей результативности проекта. Получены следующие основные результаты: 1) был получен список из 4114 генов, изменяющих свою экспрессию на ранних стадиях рака прямой кишки; 2) при анализе образцов опухолей с выявленными метастазами в печени, легких и других органах было найдено 972 дифференциально экспрессирующихся гена; 3) были выявлены 40 потенциальных маркеров метилирования ДНК, показавших наибольшую корреляцию с уровнем экспрессии генов в образцах тканей метастазирующего рака прямой кишки; 4) был составлен первичный набор 214-ти маркеров рака прямой кишки включающий: 79 экспрессионных маркера кодирующих белки, 22 экспрессионных маркера генов некодирующих РНК, 39 маркера ДНК метилирования, 33 маркера соматических мутаций и 24 маркера гликанов.

Данный этап проекта необходим для достижения цели проекта по разработке комбинаций эпигеномных и метаболомных маркеров и выявление их диагностически значимых значений (сигнатур) в стуле (кале) и крови пациентов для ранней диагностики рака прямой кишки. Полученные нами первичный набор 214-ти маркеров, является необходимым звеном для достижения цели проекта. Дальнейшее тестирование этих потенциальных биомаркеров на образцах крови и кала позволит нам выбрать наиболее перспективные из них и вплотную подойти к созданию диагностической системы для рака прямой кишки.

Общая методология работы. Мы провели  анализ всех омиксных данных, загруженных в платформу BioUML . При этом мы использовали специальные методы анализа по выявлению биомаркеров на основе анализа молекулярных механизмов и ключевых молекулярных нарушений, лежащих в основе наблюдаемых изменений в геноме и скоррелированных с ранними стадиями рака прямой кишки. Так алгоритм поиска ключевых регуляторов системы, который был разработан на 2-м этапе, с успехом применялся на 3-м этапе для поиска причинно-следственных взаимодействий между различными маркерами. Кроме того, эпигеномные данные, подробно проанализированные на 2-м этапе проекта, были применены для приоритизации биомаркеров на 3-м этапе. Таким образом, наблюдается полная целостность работы на протяжении всех ее этапов.

Конечным результатом ПНИ будет макет тест-системы для выявления рака прямой кишки на ранних этапах развития заболевания, основанной на эпигеномных и метаболомных маркерах, выявляемых в крови и стуле. Будет разработано программное обеспечение для интерпретации результатов исследования, полученных с помощью тест-системы.

Результаты исследования

1.Идентифицирован первичный набор маркеров, включающий в себя 214 связанных с выявленными молекулярными механизмами маркеров, позволяющих дать робастное предсказание ранних стадий рака прямой кишки (79 экспрессионных маркеров, кодирующих белки, 22 экспрессионных маркера генов некодирующих РНК, 39 маркеров ДНК метилирования, 33 маркера соматических мутаций и 24 маркера-гликана).

2.Выявленный в ходе ПНИ первичный набор биомаркеров основан на исследовании сети молекулярных взаимодействий и реакций, которые определяют «онкогенные» пути передачи сигналов в клетках, и которые объясняют в молекулярных деталях механизмы того, как возникающие мутации в геноме, а также эпигеноме приводят к активации специфичных наборов генов и неконтролируемому клеточному росту на ранних этапах канцерогенеза и, впоследствии, к метастазированию.

3. Протестирован набор «первичных маркеров» на образцах клинического материала, полученного от пациентов с РПК (102 пациентов) и пациентов без онкологических заболеваний в анамнезе (100 пациентов). Были выбраны 10 мРНК генов CXCL11, IL11, PTGS2, SERPINF2, TGM2, COL1A1, MYADML2, ABCA9-AS1, FAM83C-AS1, KRT6A и 6 микроРНК (MIR1302-3, MIR3648, MIR3687, hsa-mir-146a, hsa-miR-21 и MIR200B) для которых было показано значимое увеличение количества в плазме периферической крови пациентов с РПК. Кроме того, были выбраны 2 CpG локуса в регуляторной области генов ENO1 и MYC для которых уровень метилирования в ДНК плазме крови пациентов с РПК был значимо ниже, чем у пациентов контрольной группы и 7 CpG локусов в регуляторных областях генов IGF2, CALCA, PDX1, ZNF43, FOSL2, TCF7 и DUSP4 гиперметилированных в ДНК пациентов с РПК.

Практическая значимость исследования
Найденные молекулярные сигнатуры будут применяться в практике тестирования пациентов на предмет ранней диагностики рака прямой кишки. Выявленные сигнатуры будут использоваться для создания тест систем с возможностью их применения на образцах крови и стула пациента, что значительно упрощает диагностику. На настоящий момент не существует таких тест систем, однако имеется огромная необходимость в таких системах. На основе результатов работы по данному проекту будет создан робастный тест и создана компьютерная программа, позволяющая проводить раннюю диагностику рака прямой кишки на основании персонализированной данных из крови и стула пациентов. Такой тест и сопутствующая ему программа будет пользоваться огромным спросом среди врачей и ученых, поскольку она позволит моментально улучшить эффективность лечения.