Проект за анатомијата на геномот на ракот

Проект за анатомијата на геномот на ракот или Проект „Анатомија на геномот на ракот“ ― проект создаден од Националниот институт за рак на Соединетите Држави во 1997 година и воведен од Ал Гор. Тој е семрежна база на податоци за нормални, предракородни и ракородни геноми. Исто така, обезбедува алатки за прегледување и анализа на податоците, овозможувајќи идентификација на гените вклучени во различни аспекти на напредокот на туморот. Целта на Проектот е да го карактеризира ракот на молекуларно ниво преку обезбедување на платформа со лесно достапни ажурирани податоци и збир на алатки што истражувачите можат лесно да ги поврзат нивните наоди со постојното знаење. Исто така, се насочува на развој на софтверски алатки кои ја подобруваат употребата на големи и сложени збирки на податоци. Проектот е раководен од Даниела С. Герхард и вклучува потпроекти или иницијативи, со значајни како Проектот за аберација на хромозомот на ракот и Иницијативата за генетска прибелешка. Проектот за анатомијата на геномот на ракот придонесува за многу бази на податоци и организации како што е Националните центар за биотехнички информации на Соединетите Држави придонесуваат за базите на податоци на овој Проект.
Евентуалните исходи на Проектот се воспоставување на корелација помеѓу напредокот на одреден рак со неговиот терапевтски исход, подобрена евалуација на третманот и развој на нови техники за спречување, откривање и лекување. Ова е постигнато со карактеризација на производите со информациската РНК на ткивата.
1 Истражување
1.1 Заднина
Основната причина за ракот е неможноста на клетката да го регулира своето генско изразување. За да биде карактеризиран специфичен вид рак, може да бидат испитани белковините кои се правени од изменетото генско изразување или од претходничката информациска РНК на белковината. Проектот работи на поврзување на профилот на изразување на одредена клетка, молекуларниот потпис или транскриптом, кој во суштина е отпечаток од прст на клетката, со фенотипот на клетката. Затоа, профилите на изразување постојат со оглед на видот рак и фазата на напредок.
1.2 Секвенционирање
Првичната цел на Проектот била да биде воспоставен индекс на туморски гени за складирање на профилите на изразување. Ова ќе придонесе и за новите и за постоечките бази на податоци. Ова придонело за два вида библиотеки, база на податоци на изразени ознаки на секвенци и подоцна базата на податоци на низната анализа на генското изразување. Ова било изведено во низа чекори:* Содржината на клетките се мие преку плочи со поли Т секвенци. Ова ќе ги врзе опашките на Поли-A кои постојат само на молекулите на информациска РНК, па затоа одбрано ќе биде задржа информациска РНК.
* Изолираната информациска РНК е обработувана во транскрипт на комплементарна ДНК преку реакции на обратна транскрипција и полимеризација на ДНК.
* Добиената двоверижна ДНК потоа е ставана во плазмидите на ''E.coli''. Секоја бактерија сега содржи една единствена комплементарна ДНК и се реплицира за да произведе клонови со исти генетски информации. Ова е нарекувано библиотека на комплементарна ДНК.
* Библиотеката потоа може да бидат секвенционирано со техники на секвенционирање со висок пропуст. Ова може да ги одликува и различните гени изразени од првобитната клетка и количината на изразување на секој ген.
Индексот на туморски гени прво бил насочен на ракот на простата, дојка, јајници, бели дробови и дебелото црево, а Проектот бил проширен и на други видови рак во своето истражување. Практично, биле појавени прашања кои Проектот ги отсликал кога новите технологии станале достапни.
Многу видови рак се јавуваат во ткива со повеќе видови клетки. Традиционалните техники го земале примерокот од целото ткиво и правеле библиотеки на комплементарна ДНК од ткивото. Оваа клеточна хетерогеност ги направила информациите за генското изразување во однос на биологијата на ракот помалку точни. Пример е ткивото на ракот на простата каде што епителните клетки, за кои било покажано дека се единствениот вид клетки предизвикуваат рак, сочинуваат само 10% од бројот на клетките. Ова довело до развој на ласерско фаќање со микрорасекување, техника која може да изолира поединечни видови клетки, што довело до подем на библиотеките на комплементарна ДНК од специфични видови клетки.
Секвенционирањето на комплементарна ДНК ќе го произведе целиот транскрипт на информациска РНК што го создал. Практично, само дел од секвенцата е потребен за уникатно да биде идентификувана информациска РНК или поврзана со белковина. Резултантниот дел од низата бил наречен изразена ознака за секвенца и секогаш е на крајот од низата блиску до опашката поли А. Податоците на изразените ознаки за секвенца се чувани во базата на податоци т.н. dbEST. Изразените ознаки за секвенца треба да бидат долги само околу 400 бази, но со техниките со масовното напоредно секвенционирање ова сепак ќе произведува читања со низок квалитет. Затоа, користен е и подобрен метод наречен низна анализа на генското изразување. Овој метод идентификува, за секоја транскриптна молекула на комплементарната ДНК произведена од генското изразување на клетката, региони долги само 10-14 бази насекаде по читаната секвенца, доволни за единствено да биде идентификуван тој транскрипт на комплементарната ДНК. Овие бази се отсечени и поврзани заедно, а потоа се ставани во бактериски плазмиди како што е споменато погоре. Библиотеките на низната анализа на генското изразување имаат подобар квалитет на читање и создаваат поголема количина на податоци кога се секвенционирани, и бидејќи транскриптите се споредувани во апсолутни наместо во релативно нивоа, низната анализа на генското изразување ја има предноста што не бара нормализација на податоците преку споредба со референца.
2 Ресурси
По секвенционирањето и воспоставувањето на библиотеките, Проектот ги става податоците заедно со постоечките извори на податоци и обезбедува различни бази на податоци и алатки за анализа. Детален опис на алатките и базите на податоци создадени или користени од Проектот може да биде најден на мрежната страница на Проектот, во индексот на туморски гени. Подолу се дадени некои од иницијативите или алатките за истражување обезбедени од Проектот.
2.1 Иницијатива за геномска прибелешка
Целта на Иницијативата за геномска прибелешка при Проектот за анатомијата на геномот на ракот е да бидат откриени и каталогизирани единечно нуклеотидни полиморфизми кои се во корелација со започнувањето и напредокот на ракот. Иницијативата создала различни алатки за откривање, анализа и прикажување на единечно нуклеотидните полиморфизми. Единечно нуклеотидните полиморфизми се вредни во истражувањето на ракот бидејќи може да бидат користени во неколку различни генетски студии, најчесто за следење на преносот, идентификување на алтернативни облици на гени и анализа на сложени молекуларни патишта кои го регулираат клеточниот метаболизам, растот или диференцијацијата.
Единечно нуклеотидните полиморфизми во Иницијативата или се пронајдени како резултат на пресеквенционирање на гени од интерес кај различни поединци или гледање низ постоечките човечки бази на податоци на изразени ознаки на секвенци и правење споредби. Ги испитува транскриптите од здрави поединци, лица со болест, туморско ткиво и клеточни линии од голем сет на поединци; затоа базата на податоци е поверојатно да вклучува мутации на ретки болести, покрај варијантите со висока честота. Вообичаен предизвик со забележувањето единечно нуклеотидни полиморфизми е диференцијација помеѓу грешките во секвенционирањето со вистински полиморфизми. Пронајдените единечно нуклеотидни полиморфизми се подложени на статистичка анализа користејќи го обработувачот на податоци за единечно нуклеотидни полиморфизми при Проектот за да се пресмета веројатноста дека варијантата е всушност полиморфизам. Единечно нуклеотидните полиморфизми со голема веројатност се потврдени и има достапни алатки кои даваат предвидувања за тоа дали функцијата е изменета.
За да ги направи податоците лесно достапни, Иницијативата има голем број алатки кои можат да прикажат и порамнување на секвенците и преглед на склопување во контекст на секвенците од кои се предвидени. Единечно нуклеотидните полиморфизми се бележани и често се одредуваат интегрирани генетски/физички карти.
2.2 Проект за хромозомската аберација на ракот
Геномската нестабилност е честа особина на ракот; затоа разбирањето на структурните и хромозомските абнормалности може да даде увид во прогресијата на болеста. Проектот за хромозомската аберација на ракот е иницијатива поддржана од Проектот за анатомијата на геномот на ракот што е користен за дефинирање на структурата на хромозомот и за карактеризирање на преуредувања кои се поврзани со малигна преобразба. Ја вклучува семрежната верзија на Мителмановата база на податоци, создадена од Феликс Мителман, Бертил Јохансон и Фредрик Мертенс пред создавањето на Проектот за анатомијата на геномот на ракот, друга збирка на познати хромозомски преуредувања. Проектот за хромозомската аберација има неколку цели:* Интеграција на цитогенетски и физички карти на човечкиот геном
* Да создава складиште на клонови на бактериски вештачки хромозомски клонови низ геномот кои се генетски и физички картирани
* Развивање платформа за напоредна корелација на бази на податоци за аберации поврзани со рак (база на податоци за бактериски вештачки хромозомски клонови, картирана со флуоресцентна „на лице место“ хибридизација)
* Интегрирање на три техники на цитогенетски анализи (спектрално кариотипизирање, споредбена хибридизација на геномот и флуоресцентна „на лице место“ хибридизација) за да биде усовршена дефинирачката номенклатура за кариотипски аберации.
Има цитогенетски информации од над 64.000 случаи на пациенти, вклучително и повеќе од 2000 фузија на гени, содржани во базата на податоци.
Како дел од овој проект постои складиште на физички и цитогенетски картирани бактериски вештачки хромозомски клонови за човечкиот геном кои се физички достапни преку мрежа на дистрибутери. Картите со клонови на Проектот за хромозомската аберација на ракот се изработени цитогенетски со помош на флуоресцентна „на лице место“ хибридизација со резолуција од 1-2Mb низ човечкиот геном и физички картирани со користење на места означени со секвенца. Податоците за бактериските вештачки хромозомски клонови се достапни и преку базите на податоци на Проектот за анатомијата на геномот на ракот и Националниот центар за биотехнолошки информации на Соединетите Држави.
2.3 Други ресурси
Подолу се наведени некои други ресурси достапни преку Проектот за анатомијата на геномот на ракот.
2.3.1 Дигитален диференцијален приказник
Рана техника што ја користи Проектот е дигитален диференцијален приказник, кој го користи Фишеровиот точен тест за да ги споредува библиотеките една со друга, со цел да биде најде значајна разлика помеѓу групите на население. Проектот обезбедил дека дигиталниот диференцијален приказник може да ги споредува сите библиотеки на комплементарна ДНК во базата на податоци на изразените ознаки за секвенца, а не само оние што се создавани од страна на Проектот.
2.3.2 Збирка на гени од цицачи
Збирката им обезбедува на истражувачите целосни информации за белковините од комплементарната ДНК, за разлика од базите на податоци на изразените ознаки за секвенца или низната анализа на генското изразување кои обезбедуваат само идентификациона ознака. Проектот вклучува човечки и глувчешки гени, а подоцна биле додадени и кравји комплементарни ДНК-и создадени од установа Геном Канада (Genome Canada).
2.3.3 Карта со низна анализа на генското изразување
Картата со низна анализа на генското изразување (SAGEmap) е база на податоци што е користена за складирање на библиотеки за низна анализа на генското изразување. Постојат над 3,4 милиони ознаки со низна анализа на генското изразување, согласно од 2001 година. Алатките може да бидат користени за картирање на ознаки со низна анализа на генското изразување во кластери на UniGene, база на податоци што складира транскриптоми. Ова овозможува полесна идентификација на соодветната секвенца на ознаката со низна анализа на генското изразување. Покрај тоа, постојат алатки поврзани со картите со низна анализа на генското изразување:* Digital Northern е користи за мерење на нивото на изразување на специфични гени.* SAGE Anatomic Viewer ги прикажува овие информации за гледање и ги споредува помеѓу нормалните и ракородните клетки.
* Ludwig Transcript Viewer прикажува алтернативни транскрипти и нивните можни поврзани ознаки со низна анализа на генското изразување.
* mSAGE Expression Matrix ги покажува нивоата на генско изразување во текот на развојот на глушецот за различни видови ткива.
2.3.4 Пронаоѓач на гени
Проектот наоѓа ген или список на гени врз основа на одредени критериуми за пребарување и обезбедува врски до различни бази на податоци на Националниот центар за рак и Националниот центар за биотехнолошки информации. Генот може да биде баран конкретно со користење на уникатен идентификатор како што се генските симболи и генскиот број на Entrez, како и претежно по функција, ткиво или клучен збор.
Други алатки за гени достапни преку мрежниот приказник на Проектот се Gene Ontology Browser и алатката Nucleotide BLAST.
2.3.5 Алатки за изразување гени
cDNA xProfiler и cDNA Digital gene expression displayer (Дигитален прикажувач на изразување гени на комплементарна ДНК) заедно се користени за да бидат пронајдени статистички значајни гени од интерес кои се диференцијално изразени во два групи на библиотеки на комплементарна ДНК, обично е правена споредба помеѓу нормалните и ракородните ткива. Статистичката значајност е определувана со cDNA Digital gene expression displayer со користење на комбинација од Бејсова статистика и сооднос на шансите за секвенца за да биде пресметана веројатноста. Дигиталниот прикажувал за комплементарна ДНК се потпира на релациската база на податоци на UniGene додека cDNA xProfiler користи база на податоци за рамни датотеки што не е достапна на интернет.
3 Резултати и иднина
Проектот сега е централизирано место за неколку алатки за геномика и генетски бази на податоци и широко е користен во истражувањето на ракот и молекуларната биологија. Базите на податоци воспоставени од Проектот продолжуваат да придонесуваат за знаење за рак во однос на нивните патишта и напредок. Базите на податоци за транскриптом може да бидат користени и во истражувања кои не се поврзани со ракот, бидејќи содржат информации што може да бидат користени за брзо и лесно идентификување на одредени секвенционирани гени. Податоците, исто така, имаат клиничко влијание, бидејќи комплементарната ДНК може да биде користена за создавање микрочипови за цели на дијагноза и споредба на третман. Проектот е користен во многу студии, на пример:* Карактеризирање на разлики во нормалните и ракородното генско изразување на ендотелните клетки* Идентификување на неправилна генско изразување како маркери за глиобластоми и рак на јајниците* Идентификување на генско изразување специфична за ткивото на простатата* Споредба на белковини изразени во нормално и ракородно размножувачко ткиво
Покрај тоа, огромното количество податоци создадено од Проектот поттикнало за подобрување на техниките за анализа на податоци и податочно рударење, на пример:* Споредба на генско изразување од повеќе библиотеки со комплементарна ДНК* Подобрени техники за рударење во библиотеки со изразени ознаки на секвенци* Интегрални, големи студии за анализа на човечки транскриптом
4 Поврзано
* Војна против ракот
* Проект за геномот на ракот на Сенгеровиот институт
* Меѓународен конзорциум за геном за рак
* Атлас за геномот на ракот