Development of an integrated data mining toolkit for the investigation of fibromics data
Authors: Φανίδης Διονύσιος 
Published: May 2024

Σύμφωνα με τις τελευταίες εκτιμήσεις το ανθρώπινο είδος μπορεί να επηρεαστεί από περισσότερες από 10.000 διακριτές σπάνιες ασθένειες. Παρότι κάθε μια αφορά ένα μικρό ποσοστό του παγκόσμιου πληθυσμού, στο σύνολό τους δημιουργούν ένα μεγάλο οικονομικό βάρος. Ανάμεσα τους βρίσκεται και η ιδιοπαθής πνευμονική ίνωση, η πιο θανάσιμη από τις ιδιοπαθείς διάμεσες πνευμονοπάθειες. Έως τώρα δεν υπάρχει άλλη θεραπευτική επιλογή πέραν των σπάνιων ευκαιριών μεταμόσχευσης πνευμόνων. Έτσι οι ασθενείς λαμβάνουν αντι-ινωτικούς παράγοντες ανταλλάσσοντας χρόνο με πολλές φορές σοβαρές παρενέργειες. Κατά τις επόμενες δεκαετίες το φορτίο της ασθένειας εκτιμάται πως θα αυξηθεί εξαιτίας ενός μοτίβου αυξανόμενου επιπολασμού και αμφίδρομης συσχέτισης με την νοσο COVID-19, επιβάλλοντας την εντατικοποίηση σχετικών ερευνών. Σε αυτή τη διατριβή χρησιμοποιήθηκαν in silico μέθοδοι για την πρόταση καινοτόμων βιοδείκτων και θεραπευτικών επιλογών για την πνευμονική ίνωση. Προς αυτό τον στόχο δημιουργήσαμε το Fibromine, μια βάση δεδομένων από χειρωνακτικώς σχολιασμένα και συνεπώς επαν-αναλυμένα ωματικά δεδομένα που εκτείνονται σε δύο είδη και πολυάριθμες πειραματικές διευθετήσεις. Τα περιεχόμενα της είναι δωρεάν προσβάσιμα μέσω της ομώνυμης διαδικτυακής εφαρμογής η οποία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον συνδυασμό, την στατιστική και οπτική εξερεύνηση των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Ακολούθως, γενετικά στοιχεία που προτάθηκαν από το Fibromine ως απορρυθμισμένα μεταξύ πνευμονικής ίνωσης και συνθηκών ελέγχου χρησιμοποιήθηκαν για την ιεράρχηση βιοδεικτών χρήσει μηχανιστικής μάθησης. Μια βραχέα και μια μακρά λίστα στόχων αποκτήθηκε από εξήγηση των μοντέλων με τη χρήση τιμών SHAP, περιλαμβάνοντας τόσο καλώς ορισμένους όσο και ενδιαφέροντες νέους στόχους. Και οι δύο λίστες γονιδίων ήταν ικανές να διαχωρίσουν παθολογικά από υγιή δείγματα με τουλάχιστον ισάξια επίδοση με αυτή προηγουμένως προταθέντων συνόλων γενωμικών χαρακτηριστικών. Εν πολλοίς, η πληροφοριακή ανάλυση αποδείχθηκε ικανή στον εντοπισμό νέων πολλά υποσχόμενων παθολογικών στόχων, εφόσον εφαρμοστεί σε υψηλής ποιότητας δεδομένα. Η συγκέντρωση των τελευταίων είναι απαραίτητη για την επιτάχυνση μελλοντικών μελετών, καθώς και για τον σχηματισμό ή/και την επαλήθευση υποθέσεων. Επιπροσθέτως, διάφορα ωματικά δεδομένα έτυχαν επεξεργασίας για την μελέτη συγγενών μορίων/συνθηκών της πνευμονικής ίνωσης. Ανάλυση δειγμάτων αναφοράς, προστατικού, πνευμονικού, μαστικού και ηπατικού καρκίνου περιέγραψε έναν ρυθμιστικό σύνδεσμο μεταξύ DNA μεθυλίωσης και της έκφρασης του ENPP2. Απορρυθμισμένη κατά τον καρκίνο και μετρήσιμη μέσω μη επεμβατικών μεθόδων αυτή η ρυθμιστική σύνδεση βρέθηκε να έχει κάποια προγνωστική αξία ωθώντας προς νέες έρευνες. Ακολούθως, εξερεύνηση του μικροβιώματος εντέρου, ήπατος και πνευμόνων ποντικών πρότεινε την ύπαρξη ενός άξονα μεταξύ των τριών οργάνων. Παχυσαρκία επαγόμενη από λιπαρή δίαιτα προτάθηκε πως προκαλεί δυσβίωση και πιθανώς διαταραχή της ομοιόστασης. Έπειτα, έρευνα της αυξημένης έκφρασης της lipocalin-2 κατά την πνευμονική ίνωση πρότεινε το εν λόγω μόριο ως έναν βιοδείκτη της πνευμονικής φλεγμονής και των πνευμονικών λειτουργιών, κινητοποιώντας προς περαιτέρω έρευνες. Επίσης, ο TSK5 διαμεσολαβούμενος σχηματισμός ποδοσωμάτων από πνευμονικούς ινοβλάστες βρέθηκε καίριας σημασίας για την πνευμονική ίνωση και την εισβολή στην εξωκυττάρια μήτρα. Η στόχευση του Τks5 σταμάτησε επιτυχώς την πνευμονική ίνωση μέσω μειωμένου σχηματισμού ποδοσωμάτων, και έτσι αναδείχθηκε έως μια νέα πολλά υποσχόμενη θεραπευτική επιλογή. Σε άλλη αναφορά, το MAP3K8 φανερώθηκε να έχει αντι-ινωτικό χαρακτήρα μέσω ρύθμισης φλεγμονωδών διαδικασιών και της Cox-2 διαμεσολαβούμενης παραγωγής PGE2. Επιπλέον, εξέταση COVID-19 δεδομένων πρότεινε την παθολογική φύση του άξονα ΑΤΧ/LPA και τη σημαντικότητα του για την ομοιόσταση των δενδριτικών κυττάρων, η οποία διακόπτεται κατά τη διάρκεια της λοίμωξης με SARS-CoV-2. Τέλος, μια αναλυτική μελέτη κατέγραψε τις αποκρίσεις των HKC-8 κυττάρων σε 176 διακριτές επωάσεις. Μεταξύ αυτών το LPA είχε προ-φλεγμονώδη δράση υποδεικνύοντας τον πιθανώς παθογονικό ρόλο του στην χρόνια νεφρική νόσο.Εντέλει, οι προαναφερθείσες εργασίες δημιούργησαν μια κεντρική, υψηλής ποιότητας βάση ωματικών δεδομένων πνευμονικής ίνωσης, πρότειναν νέα γονίδια στόχους για την θεραπεία της, ενώ επίσης διείσδυσαν βαθύτερα σε αχαρτογράφητες περιοχές της ανωτέρω παθολογίας.