Development of algorithms for the characterization of non-coding biomarkers in pathogenesis
Authors: Αλεξίου Αθανάσιος 
Published: November 2023

Τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια, οι εξελίξεις στην τεχνολογία, ιδιαίτερα η Αλληλούχιση Επόμενης Γενιάς (NGS), έφεραν επανάσταση στη βιολογική και ιατρική έρευνα, επιτρέποντας οικονομικά αποδοτική και μεγάλης κλίμακας παραγωγή βιολογικών δεδομένων. Η ενοποίηση των συνόλων δεδομένων NGS προσφέρει τεράστιες δυνατότητες στην κατανόηση της βιογένεσης και των λειτουργιών του RNA, ενισχύοντας έτσι την έρευνα σε τομείς όπως ο εντοπισμός θεραπευτικών στόχων και διαγνωστικών βιοδεικτών. Η διαθεσιμότητα τεράστιων ποσοτήτων δημόσια προσβάσιμων δεδομένων έχει ενισχύσει την έρευνα που βασίζεται σε δεδομένα, με την βιοπληροφορική ανάλυση να παίζει κρίσιμο ρόλο στον χαρακτηρισμό και τη σύγκριση της αφθονίας και των αλληλεπιδράσεων τόσο του κωδικοποιού όσο και του μη-κωδικοποιού RNA σε διάφορες φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις.Τα MicroRNA (miRNAs), τα οποία είναι μικρά μη-κωδικοποιά RNA μήκους περίπου 22 νουκλεοτιδίων, θεωρούνται βασικοί ρυθμιστές της γονιδιακής έκφρασης στο μετα-μεταγραφικό επίπεδο. Είναι άφθονα σε πολλούς οργανισμούς και παίζουν κρίσιμους ρόλους σε ένα ευρύ φάσμα βιολογικών διεργασιών, τόσο φυσιολογικών όσο και σχετικών με ασθένειες. Την τελευταία δεκαετία, εκτεταμένη έρευνα επικεντρώθηκε στη διερεύνηση του ρόλου των miRNAs σε περίπλοκες ασθένειες όπως ο καρκίνος, με μελέτες να εντοπίζουν συγκεκριμένα miRNA που δρουν είτε ως ογκογονίδια είτε ως ογκοκατασταλτικά. Η αλληλουχία μικρών RNA (sRNA-Seq) έχει αναδειχθεί ως μια ισχυρή τεχνική για τον ποσοτικό προσδιορισμό αυτών των μικρών μη-κωδικοποιών RNA σε μεγάλη κλίμακα, παρέχοντας πολύτιμες πληροφορίες για τη λειτουργία αυτών των σημαντικών ρυθμιστών. Αυτή η διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην ανάπτυξη εργαλείων και πόρων που επιτρέπουν τον εντοπισμό και τη μελέτη μη-κωδικοποιών βιοδεικτών σε διάφορες ασθένειες. Πιο συγκεκριμένα, το DIANA-microRNA-Analysis-Pipeline (DIANA-mAP), ένας πλήρως αυτοματοποιημένος υπολογιστικός αγωγός αναπτύχθηκε για τη διευκόλυνση της ανάλυσης των δεδομένων miRNA Next-Generation Sequencing (NGS). Το DIANA-mAP επεξεργάζεται ακατέργαστες βιβλιοθήκες sRNA-Seq με στόχο την εκτέλεση ποσοτικοποίησης και ανάλυσης διαφορικής έκφρασης. Ο αγωγός δίνει ιδιαίτερη έμφαση στο κρίσιμο βήμα της προεπεξεργασίας δεδομένων, το οποίο επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την αξιοπιστία των τελικών αποτελεσμάτων και επιτρέπει ακόμη και την αυτόματη εξεύρεση αλληλουχιών αντάπτορα (adapter). Σε μια εποχή με πάρα πολλά δημόσια διαθέσιμα δεδομένα χωρίς τις απαραίτητες πληροφορίες μεταδεδομένων που απαιτούνται για σωστή ανάλυση, η τελευταία λειτουργία αυξάνει σημαντικά τις ευκαιρίες για ενσωμάτωση δημόσιων δεδομένων σε μελέτες. Μέσω ολοκληρωμένης αξιολόγησης, επιδεικνύει ισχυρά αποτελέσματα και ακόμη και ανώτερη απόδοση σε σύγκριση με παρόμοια εργαλεία σε σενάρια ανάλυσης δεδομένων χωρίς πληροφορίες για τον αντάπτορα αλληλούχισης. Ομοίως, το DIANA-RSeq είναι ένας αυτοματοποιημένος αγωγός για τον ποσοτικό προσδιορισμό των δεδομένων αλληλούχισης RNA (RNA-Seq). Αποτελείται από πολλές αυτόνομες μονάδες πολλαπλών επιλογών που παρέχουν μια σειρά από πιθανές ροές εργασιών ανάλυσης χρησιμοποιώντας τα τελευταίας τεχνολογίας βιοπληροφορικά εργαλεία. Επιπρόσθετα, οι πόροι που δημιουργήθηκαν σε αυτή τη διατριβή αποσκοπούσαν στη συστηματική συλλογή και επιμέλεια τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών από πολυάριθμες μελέτες με ακριβή και συνεπή τρόπο. Αυτοί οι πόροι παρέχουν διάφορες πτυχές στο πλαίσιο των μη-κωδικοποιών βιοδεικτών, συμπεριλαμβανομένων δεδομένων έκφρασης miRNA ανθρώπινου ιστού, πειραματικά επιβεβαιωμένης λειτουργικότητας βιοδεικτών, υπολογιστικής πρόβλεψης αλληλεπιδράσεων miRNA-RNA, ακόμη και συσχετισμών μεταξύ μικροβίων και ασθενειών. Προσφέροντας μια φιλική προς τον χρήστη διεπαφή για την αναζήτηση των περιεκτικών αποτελεσμάτων πολυάριθμων μελετών, αυτοί οι πόροι επιτρέπουν στους ερευνητές να αποκτούν δομημένες και διασυνδεδεμένες πληροφορίες. Αυτή η ικανότητα αναμένεται να βοηθήσει σημαντικά στην αντιμετώπιση περίπλοκων βιολογικών ερωτημάτων, στη διατύπωση ερευνητικών υποθέσεων και στην προώθηση επιστημονικών ερευνών.