Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ Транскриптомный анализ метаболизма дегидроэпиандростерона у больных системными

Факультет биоинженерии и биоинформатики
МГУ
Транскриптомный анализ метаболизма
дегидроэпиандростерона у больных системными
заболеваниями
Курсовая работа
Выполнила:
Боброва Наталия Александровна
Ученица 10 класса «Н»
Руководители:
Борисевич Дмитрий Игоревич;
д.х.н. Сергеева Марина Глебовна
1
2015
Оглавление
1. Введение………………………………………………………………3
1.1.1.
Системные заболевания……………………3
1.1.2.
DHEA……………………………………………………3
1.1.3.
Транскриптомный анализ…………………4
2. Цели и задачи………………………………………………………5
3. Материалы и методы……………………………………………6
3.1.1.
Материалы……………………………………………6
3.1.2.
Методы…………………………………………………7
4. Исходные данные…………………………………………………8
5. Результаты………………………………………………………………8
6. Выводы……………………………………………………………………9
7. Использованные материалы…………………………………10
2
Введение
Системные заболевания
В современном мире основными причинами смерти в развитых
странах являются болезни, чаще всего системные. Так что научиться
лечить болезни – задача исследований в области медицины в XXI
веке. Более 70% смертей из-за болезней приходится на системные
заболевания, поэтому исследования связанные с ними имеют главную
первостепенную значимость.
Системные заболевания – это заболевания, связанные с нарушениями
работ различных систем организма, такие как, например: диабет,
волчанка, болезнь Альцгеймера, сердечнососудистые заболевания. В
ходе изучений этих заболеваний была выявлена одна общая
особенность: нарушения метаболизма гормона
дегидроэпиандростерона.
DHEA
Дегидроэпиандростерон (или DHEA) синтезируется в надпочечниках и
половых железах и играет ключевую роль в выработке многих
гормонов. Широко используется в медицине: применяется как гормон
в борьбе со старостью, понижает риск заболеваний сердца, помогает
контролировать уровень глюкозы, повышает плотность костной ткани,
ослабляет симптомы волчанки, защищает клетки мозга.
3
Транскриптомный анализ
Сложность изучения системных заболеваний состоит в том, что для
разных систем используются разный белки, и нам приходится изучать
их одновременно. Для этого нужны технологии, позволяющие
смотреть в так называемом «геномном масштабе».
Для решения этой задачи используется метод транскриптомного
анализа. Он заключается в измерении для каждого гена количества
соответствующих молекул транскрипта (набор мРНК), находящихся в
клетке. Это делается с помощью ДНК микрочипов.
4
Цель
Изучение изменения метаболизма DHEA в различных системных
заболеваниях методами транскриптомики.
Задачи
1. Анализ литературы по системным заболеваниям,
транскриптомике, DHEA;
2. Составление списка генов, которые участвуют в метаболизме
DHEA;
3. Поиск набора транскриптомных данных по системным
заболеваниям;
4. Анализ изменения экспрессии генов, отвечающих за метаболизм
DHEA, у больных людей.
5
Материалы и методы
Материалы
Молекулярные биологи в лабораториях по всему миру выделяют
ткани из больных и здоровых пациентов и анализируют с
помощью ДНК микрочипов, которые и измеряют уровень
экспрессии в этих тканях.
Микрочип представляю собой пластину, к которой в высокой
плотностью (около сотни на один миллиметр) нанесены зонды
(короткие молекулы ДНК). Каждый из этих зондов может
присоединить только свой транскрипт (молекулу мРНК). Перед
нанесением на микрочип из анализируемой ткани выделяются
все транскрипты, которые в ней присутствовали, и к ним
добавляется флуоресцирующее (светящееся) вещество, которое
присоединяется к каждому транскриптому за счет химической
связи. После связывания зондами транскриптов измеряют
свечение возле каждого зонда. Чем сильнее светится зонд, тем
больше молекул мРНК к нему присоединилось. Я использовала
данные с микрочипа Affymetrix Human Genome U133 Plus 2.0
Array (GPL570).
Эти данные биологи заносят в базу данных GEO.
База данных GEO представляет собой базу, где хранятся данные
по экспериментам с тканями больных и здоровых людей.
6
Методы
Во-первых, я использовала нормализацию, скрипт на Perl.
Данный процесс производит выравнивание образцов пациентов
между собой, благодаря чему пациентов становится возможно
сравнивать друг с другом.
Потом я анализировала данные с помощью t-test в MeV. T-test статистический тест, сравнивающий интенсивность экспрессии
мРНК генов в двух выборках. По этому тесту я нашла гены,
экспрессия мРНК которых изменилась, в отличие от нормы.
Использованные настройки: пермутационное тестирование pvalue, 2000 перемешиваний, порог значимости 0.05, adjusted
Bonferroni correction поправка множественного тестирования.
Полученные результаты я проанализировала данные по базе
KEGG. Эта база данных представляет собой базу, где хранятся
схемы метаболизма веществ в различных организмах.
7
Исходные данные
Я взяла 9 наборов данных по 6 различным заболеваниям. На
таблице_1 приведены их названия, ID в базе данных GEO, ткань,
из которой брались материалы. А так же количество больных и
контрольных образцов.
Результаты
По результатам только у первого набора данных атеросклероза и
набора данных по депрессии нашлись дэги в пути метаболизма
DHEA (Таблица_2).
При наложении дэгов на карту KEGG (Пути метаболизма DHEA)
(Красный цвет обозначает повышенную экспрессию генов у
атеросклероза, синий – замедленную экспрессию генов у
атеросклероза, желтый- замедленную экспрессию генов у
депрессии)
можно обратить внимание, что в обоих заболеваний есть общие
пути, в ходе которых происходит одна и та же реакция, но с
разными веществами. У эстрона и DHEA образуется
гидроксильная группа в положении 16α.
Так же видно, что у пациентов с атеросклероза повышена
скорость взаимного превращения гидрокси- и кетоновых
производных DHEA. Интересно отметить, что 1 реакция
замедляется, а следующая ускоряется.
8
Известно, что эстрон и эстриол 2 из 3 основных женских
гормонов, однако эстрон в норме всегда присутствует в
организме, а эстриол в норме отсутствует, т.к. секретируется при
беременности.
Мы предполагаем, что возможно замедление 1 реакции
компенсирует ускорение экспрессии 2 вещества.
Выводы
1. Было рассмотрено 9 наборов данных по 5 болезням;
2. В 2-х заболеваниях найдены дифференциально
экспрессирующиеся
гены, связанные с метаболизмом DHEA;
3. Найдены реакции, которые замедляются в 2-х заболеваниях;
4. Предсказаны последствия на уровне метоболитов.
9
Использованные материалы
1. «Потенциал.Химия.Биология.Медицина №01.01.2011. Что
такое постгеномные технологии и как они используются в
медицине.»
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/
3. Dudoit, S., Y.H. Yang, M.J. Callow, and T. Speed
(2000).Statistical methods for identifying differentially
expressed genes in replicated cDNA microarray experiments.
Technical report 2000 Statistics Department, University of
California, Berkeley.
4. http://www.genome.jp/kegg/
10