Ανάλυση μικροσυστοιχιών RNA για την ανίχνευση συστημικών φαινομένων μετά από έκθεση σε ιοντίζουσα ακτινοβολία

Διπλωματική Εργασία uoadl:1333103 427 Αναγνώσεις

Μονάδα:
Κατεύθυνση Βιοπληροφορική
Βιβλιοθήκη Σχολής Θετικών Επιστημών
Ημερομηνία κατάθεσης:
2017-03-10
Έτος εκπόνησης:
2017
Συγγραφέας:
Γελές Κωνσταντίνος
Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Αλέξανδρος Γεωργακίλας, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τομέας Φυσικής,
Σχολή εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικής, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
Πρωτότυπος Τίτλος:
Ανάλυση μικροσυστοιχιών RNA για την ανίχνευση συστημικών φαινομένων μετά από έκθεση σε ιοντίζουσα ακτινοβολία
Γλώσσες εργασίας:
Ελληνικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Ανάλυση μικροσυστοιχιών RNA για την ανίχνευση συστημικών φαινομένων μετά από έκθεση σε ιοντίζουσα ακτινοβολία
Περίληψη:
Στην εποχή μας η όλο και αυξανόμενη χρήση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας σε ιατρικές εφαρμογές για την διάγνωση και την θεραπεία παθήσεων έχει οδηγήσει στην μελέτη νέων φαινομένων επίδρασεών της στην έμβια ύλη. Η ιοντίζουσα ακτινοβολία (IA) φέρει αρκετή ενέργεια ώστε να προκαλέσει την απελευθέρωση ηλεκτρονίων από άτομα η μόρια με αποτέλεσμα τον ιοντισμό τους. Η δράση της κατηγοριοποιείται σε άμεση όπου προκύπτει από την απευθείας καταστροφή δεσμών και άλλων βλαβών λόγω της εναπόθεσης πρωτογενούς ενέργειας από τα φορτισμένα σωματίδια ή φωτόνια που μπορούν να ιοντίσουν άτομα και στην έμμεση, προκαλώντας δευτερογενώς την παραγωγή ηλεκτρονίων και άλλων δραστικών μορίων. Η ΙΑ είναι επιβλαβής και δυνητικά θανατηφόρα είτε με επιβλαβή επίδραση στους ιστούς σε υψηλές δόσεις είτε μέσω μεταλλάξεων στα σωματικά κύτταρα και την δημιουργία γενωμικής αστάθειας και δυνητικά καρκίνου. Εκτός από την καθαρή και λεγόμενη στοχευμένη επίδραση (targeted effect) της στα ακτινοβολημένα κύτταρα έχει βρεθεί ότι προκαλεί μη-στοχευμένα (non-targeted) φαινόμενα απόκρισης σε παρακείμενα υγιή κύτταρα, τα φαινόμενα απόκρισης λόγω γειτνίασης (bystander effects) που θεωρούνται μέρος των συστημικών δράσεων της ακτινοβολίας (Radiation Induced Bystander Effects). Από διάφορες ερευνητικές μελέτες έχει δειχθεί ότι παρατηρούνται βλάβες στα παρακείμενα κύτταρα παρόμοιες με τα ακτινοβολημένα, όπως γονιδιακή αστάθεια, σχηματισμός μικροπυρήνων, αλλαγές έκφρασης miRNA, επαγωγής βλαβών στο DNA και απόπτωση. Επίσης έχει παρατηρηθεί ότι η έκκριση παραγόντων των ακτινοβολημένων κυττάρων συμβάλουν στην εκδήλωση οξειδωτικού στρες στα παρακείμενα κύτταρα. Μία σημαντική ανακάλυψη με βάση τα παραπάνω φαινόμενα είναι ότι δεν φαίνεται να επηρεάζουν με τον ίδιο τρόπο διαφορετικά είδη κυττάρων και ότι υπάρχει διαφορετική απόκριση ανάλογα με την υποκατηγορία ΙΑ που χρησιμοποιείται. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η διαπίστωση της φύσης των φαινομένων απόκρισης λόγω γειτνίασης που θεωρούνται μέρος των συστημικών δράσεων της ακτινοβολίας, μέσω της ανάπτυξης γενικευμένων υπολογιστικών μεθοδολογιών ανάλυσης δεδομένων μικροσυστοιχιών και της χρήσης αυτών σε βιοπληροφορικά εργαλεία λειτουργικής ανάλυσης εμπλουτισμού ώστε να οδηγηθούμε στην αναγνώριση των μοριακών σηματοδοτικών μονοπατιών καθώς και των λειτουργειών που ενέχονται στα παραπάνω φαινόμενα. Στην ανάλυση χρησιμοποιήθηκαν 7 σύνολα δεδομένων από το δημόσιο αποθετήριο δεδομένων γονιδιακής έκφρασης πειραμάτων υψηλής απόδοσης Gene Expression Omnibus (GEO) από τα οποία στατιστικά σημαντικά αποτελέσματα για τα παρακείμενα κύτταρα βρέθηκαν μόνο στα 4. Για την ανάλυσης τους χρησιμοποιήθηκε η γλώσσα προγραμματισμού R και βιοπληροφορικά πακέτα ανάλυσή διαφορικής γονιδιακής έκφρασης δεδομένων μικροσυστοιχιών του έργου ανάπτυξης ανοικτού κώδικα λογισμικού Bioconductor. Επίσης για την λειτουργική ανάλυση στατιστικού εμπλουτισμού χρησιμοποιήθηκαν οι διαδικτυακές πλατφόρμες BioInfoMiner και EnrichR. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν φανέρωσαν ήδη γνωστούς μηχανισμούς από την βιβλιογραφία και την διαφορετική απόκριση σε διαφορετικούς σωματιδιακούς τύπους ΙΑ. Ιδιαίτερα για τα σωματίδια άλφα και τα ιόντα άνθρακα, παρατηρήθηκαν διακριτοί μηχανισμοί απόκρισης των κυττάρων στα φαινόμενα απόκρισης λόγω γειτνίασης. Στα σύνολα δεδομένων που είχε χρησιμοποιηθεί ΙΑ σωματιδίων άλφα 0.5 Gy στις 0.5, 4 ώρες εξαγωγής του RNA μετά την ακιντοβόληση βρέθηκαν βιολογικές διεργασίες που έχουν σχέση με την απόκριση στο οξειδωτικό στρες και στην φλεγμονή μέσω μεταλλοθειονινών, κυτοκινών, χυμοκινών (MT1X…, CXCL8…, IL1B.., PTGS2), απόκριση στις πρωτεϊνικές βλάβες και στη ζέστη (HSPH1…, DNAJA1…), στην επαγωγή μηχανισμών επιδιόρθωσης του τραύματος και αρνητικής ρύθμισης του διπλασιασμού. Στο σύνολο δεδομένων που είχε χρησιμοποιηθεί ΙΑ ιόντων άνθρακα 0.12 Gy και 0.013 Gy στις 2, 6 ώρες εξαγωγής του RNA μετά την ακτινοβόληση βρέθηκαν βιολογικές διεργασίες που έχουν σχέση με την φλεγμονώδη απόκριση (PTGS2, IL1A, IL1B…) και επαγόμενοι αποπτωτικοί μηχανισμοί. Επίσης παρατηρήθηκε μεγάλη διαφορά στην επίδραση της ΙΑ σε φαινόμενα απόκρισης λόγω γειτνίασης ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου. Δεν βρέθηκαν στατιστικά σημαντικά διαφορικά εκφρασμένα γονίδια στις αναλύσεις των συνόλων με καρκινικά και αθανατοποιημένα κύτταρα κάτι που χρήζει περαιτέρω εξειδικευμένης πειραματικής μελέτης. Τέλος με συγκριτική ανάλυση μεταξύ της βιοπληροφορικής ανάλυσης αυτής της εργασίας και δημοσιευμένων εργασιών βιβλιογραφικής εξόρυξης κειμένου ταυτοποιήθηκαν γονίδια που εμπλέκονται με τα φαινόμενα απόκρισης λόγω γειτνίασης αναδεικνύοντας την αξιοπιστία των μεθόδων ανάλυσης γονιδιακής έκφρασης που χρησιμοποιήθηκαν.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Θετικές Επιστήμες
Λέξεις-κλειδιά:
Βιοπληροφορική, ιοντίζουσα ακτινοβολία, μικροσυστοιχίες, παρακείμενα κύτταρα, συστημικά, φαινόμενα, φαινόμενα απόκρισης λόγω γειτνίασης επαγόμενα από επίδραση της ιοντίζουσας ακτινοβολίας, φλεγμονώδη απόκριση
Ευρετήριο:
Ναι
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
4
Εικονογραφημένη:
Ναι
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
191
Αριθμός σελίδων:
173
Διπλωματική_ΓΕΛΕΣ.pdf (7 MB) Άνοιγμα σε νέο παράθυρο