Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Κωνσταντίνος Βοργιάς, Καθηγητής, Τμήμα Βιολογίας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών (Ε.Κ.Π.Α.)
Περίληψη:
Η διαδικασία της γήρανσης εκδηλώνεται μέσω του σταδιακού εκφυλισμού της σύστασης, φυσιολογίας και λειτουργίας των κυττάρων, ιστών και οργάνων και χαρακτηρίζεται από την αδυναμία των συστημάτων ομοιόστασης να αντιδρούν ορθώς στα περιβαλλοντικά ερεθίσματα. Η πρωτεόσταση (ομοιόσταση των πρωτεώματος) παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση αυτής της πολυστρωματικής (κυτταρικής, ιστικής και οργανισμικής) ομοιόστασης και εξαρτάται από την ισορροπία ανάμεσα στη σύνθεση, επιδιόρθωση και αποικοδόμηση των κυτταρικών πρωτεϊνών.Το πρωτεάσωμα αποτελεί ένα πολυπρωτεϊνικό σύμπλοκο με μείζονα πρωτεολυτική δραστηριότητα. Έχει δειχθεί ότι δυσλειτουργεί κατά την εξέλιξη της γήρανσης και κατά τις σχετιζόμενες με αυτή ασθένειες. Αντίθετα, ενεργοποίηση του μηχανισμού έχει συσχετιστεί με επέκταση τόσο του κυτταρικού όσο και του οργανισμικού προσδόκιμου ζωής καθώς και με καθυστέρηση της εξέλιξης διαφόρων ηλικιοεξαρτώμενων ασθενειών, όπως η νευροεκφυλιστική νόσος του Alzheimer. Η παρούσα εργασία στοχεύει στη βιοπληροφορική ανάλυση μεταγραφικών δεδομένων μικροσυστοιχιών που σχετίζονται με την ενεργοποίηση του πρωτεολυτικού μηχανισμού του πρωτεασώματος. Η πρωτεασωμική ενεργοποίηση θα πραγματοποιηθεί με τη χρήση φυσικών και συνθετικών ουσιών οι οποίες έχουν δειχθεί ήδη: α) να επάγουν τις πρωτεασωμικές ενεργότητες και, β) να οδηγούν σε επιμήκυνση του κυτταρικού προσδόκιμου ζωής ανθρώπινων ινοβλαστών αλλά και του οργανισμικού προσδόκιμου ζωής του νηματώδους σκώληκα C. elegans. Θα συλλεχθεί ολικό RNA από ανθρώπινους ινοβλάστες που θα δεχθούν την επίδραση των υπό μελέτηουσιών (τόσο φυσικών όσο και συνθετικών) σε συνθήκες που επάγουν τη δραστικότητα του πρωτεασώματος. Στα δείγματα αυτά θα πραγματοποιηθούν πειράματα ανάλυσης μικροσυστοιχιών.Για την επεξεργασία και ανάλυση των δεδομένων από τις συστοιχίες της Illumina θα χρησιμοποιηθεί η πλατφόρμα λογισμικού Gene ARMADA και η διαδικτυακή πύλη GRISSOM (www.grissom.gr), που έχει αναπτυχθεί από το πρόγραμμα Μεταβολικής Μηχανικής και Βιοπληροφορικής του ΙΧΒ/ΕΙΕ και έχει χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση μεγάλου αριθμού συστοιχιών γονιδιακής και πρωτεϊνικής έκφρασης. Αποτελούν ελεύθερο λογισμικό που θα χρησιμοποιηθεί για την προ-επεξεργασία των συστοιχιών που περιλαμβάνει την απαλοιφή θορύβου (noise filterig) από τα δεδομένα, την κανονικοποίηση τους (normalization) και τη διόρθωσηυποβάθρου (background correction) αλλά και την πρωταρχική επιλογή των πιο σημαντικά διαφοροποιημένων γονιδίων μεταξύ των διαφορετικών φαινοτυπικών κατηγοριών προς εξέταση. Με σκοπό το τελευταίο θα αξιοποιηθούν μεθοδολογίες στατιστικής εκλογής και ελέγχων έλεγχων που υποστηρίζονται από την Gene ARMADA και την πύλη GRISSOM, όπως παραμετρικοί στατιστικοί έλεγχοι (t-test, ANOVA) και μη
7παραμετρικοί έλεγχοι (π.χ. με βάση την τυχαία επαναληπτική δειγματοληψία bootstrapping των δεδομένων που εξάγουν πιο αυστηρά στατιστικά συμπεράσματα που μετρούνται με βάση το False Discovery Rate).Παράλληλα θα γίνει χρήση μεθόδων μη επιβλεπόμενης μάθησης (hierarchical, k-means, Fuzzy C-means) για την ομαδοποίηση δειγμάτων (clustering) με βάση τα δεδομένα, ενώ θα γίνει χρήση της μεθόδου Gap Statistic που αυτόματα επιλέγει τον αριθμό των ομάδων (clusters). Οι εξαγόμενες λίστες γονιδίων με βάση τις στατιστικές μεθόδους επιλογής και τις μεθόδους ομαδοποίησης θα τροφοδοτήσουν εργαλεία ανεπτυγμένα από το πρόγραμμα Μεταβολικής Μηχανικήςκαι Βιοπληροφορικής που συσχετίζουν λίστες γονιδίων ενδιαφέροντος, με σημασιολογική λειτουργική πληροφορία που αφορά στη λειτουργία των γονιδίων/πρωτεϊνών και τα βιοχημικά μονοπάτια που αυτά εμπλέκονται. Συγκεκριμένα, τα εργαλεία StRAnGER (www.grissom.gr/stranger/) και GORevEng χρησιμοποιούν προηγμένους συνδυασμούς στατιστικών ελέγχων (υπεργεωμετρικός, x2 και Fischer έλεγχος) με σύγχρονες μεθόδους δειγματοληψίας (bootstrapping), αλλά και μετρικές ομοιότητας γράφων. Ως αποτέλεσμα, συνδέουν τις λίστες γονιδίων ενδιαφέροντος με τη σημασιολογική πληροφορία για στατιστικά σημαντικές συσχετισμένες λειτουργίες ή βιοχημικά μονοπάτια που εμφανίζονται στο περιεχόμενο αντίστοιχων οντολογίων (Gene Ontology Terms, GOTs) ή άλλες καλά ορισμένες μορφές οργάνωσης της πληροφορίας (KEGG pathways).Τελικός στόχος θα είναι η εξαγωγή των ευρύτερων μοριακών μονοπατιών/δικτύων που εμπλέκονται στην ενεργοποίηση του πρωτεασωμικού μηχανισμού και η ταυτοποίηση μονοπατιών που ενεργοποιούνται καταρροϊκά της πρωτεασωμικής ενεργοποίησης. Ημελέτη διαφόρων ουσιών/ενεργοποιητών θα αποκαλύψει τόσο κοινά μονοπάτια που επηρεάζονται κατά την ενεργοποίηση του πρωτεασώματος ανεξάρτητα από την υπό μελέτη ουσία όσο και μοναδικά μονοπάτια που σχετίζονται με την πρωτεασωμική ενεργοποίηση μέσω της δράσης συγκεκριμένης ουσίας.
Λέξεις-κλειδιά:
πρωτεάσωμα, ουμπικιτίνη, μικροσυστοιχίες, φυκοκυανομπιλίνη, ολεασίνη
