如何在抗擊白血病中動員大數據慢性粒細胞白血病塗片。 Paulo Henrique Orlandi Mourao來自Wikimedia Commons。, CC BY-SA

健康的細胞功能依賴於良好的協調基因活動。 通過一個非常複雜的相互作用網絡,圍繞30,000基因合作,以保持每個人的微妙平衡 37.2萬億個細胞 在人體內。

從廣義上講,癌症是通過遺傳改變或突變破壞這種平衡。 突變可以觸發通常指導細胞分裂的基因的過度激活,或抑制癌症發展的基因的失活。 當突變的細胞分裂時,它將突變傳遞給其子細胞。 這導致我們認為是癌症的無功能的異常細胞的積累。

我們的實驗室 專注於了解一個特定的癌症 - 慢性粒細胞白血病 或CML - 工作。 每年都有超過英國的700患者 - 和 以上100,000 全世界 - 被診斷患有CML。 經過最近的進展, 幾乎90% 65年齡的患者現在存活超過五年。

但在絕大多數患者中,CML目前無法治愈,終身治療意味著患者必須忍受副作用並且產生耐藥性的機會。 隨著越來越多的CML患者存活(並且治療費用在每位患者每年40,000和70,000之間),醫療服務的壓力越來越大。


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一個突變

CML在癌症中可能是獨一無二的,因為單個突變被命名為 BCR-ABL,是疾病生物學的基礎。 這種突變起源於單一 白血病幹細胞然後,隨著白血病細胞接管並阻斷血液生成的健康過程,然後在血液和骨髓中傳播。 BCR-ABL的存在影響數千個基因的活性,進而阻止這些細胞履行其作為血細胞的正常功能。

毒品 從早期的2000s開始,將特異性中和這種突變的異常效應引入臨床。 這些藥物徹底改變了CML患者的護理。 許多人現在能夠過著相對正常的生活,他們的白血病得到了良好的控制。

但是,雖然這些藥物殺死了原本突變的白血病幹細胞中更成熟的子細胞,但它們還沒有完全達到最初的計費作為抗擊癌症的“魔法子彈”。 這是因為白血病幹細胞的原始“種子”種群 逃避治療, 躺在骨髓裡休眠 當治療被撤銷時刺激新的癌症生長。

為了真正治愈CML,我們必須暴露,了解白血病幹細胞的內部運作和根除白血病幹細胞。 要做到這一點,我們需要更多地了解它們。 他們如何在如此輕易殺死更成熟的同行的治療中倖存下來? 哪些過度活躍或失活的基因可以保護它們?

我們相信這些問題的答案在於對生物“大數據”的分析。 基因組規模技術現在允許科學家同時測量基因組中每個基因的活性(或“表達”),在任何給定的細胞群中,甚至在單個細胞的水平上。 從白血病幹細胞產生的表達數據與從健康血液幹細胞產生的相同數據的比較將揭示可能在抗白血病的抗體中靶向的單個基因或基因網絡。

拯救大數據

在由Bloodwise和蘇格蘭癌症基金會資助的項目中,我們創建了 LEUKomics。 該在線數據門戶匯集了來自全球各地專業實驗室的大量CML基因表達數據,包括我們在格拉斯哥大學的專家。

我們的目的是消除CML中大數據分析的瓶頸。 每個數據集都要經過手動質量檢查,並且都是必要的 計算處理 提取基因表達信息。 這使得能夠立即訪問和解釋以前學術或臨床醫生無法輕易訪問的數據,而無需經過專業計算方法的培訓。

將這些數據整合到單一資源中還允許生物信息學家(生物學中的大數據分析專家)進行大規模,計算密集型的研究工作。 從計算的角度來看,CML由單一突變引起的事實使其成為癌症幹細胞的有吸引力的疾病模型。 但是,現有數據集往往具有較小的樣本數,這可能會限制其潛力。

可用的樣本越多,檢測細微變化的能力就越高,這些變化可能對癌症幹細胞的生物學至關重要。 通過將所有全球可用的CML數據集組合在一起,我們顯著增加了樣本大小,從每個數據集2到6個增加到超過100。 這為分析基因表達數據提供了前所未有的機會,以揭示這種疾病的潛在機制。

截至3月2017, 門戶 在公共領域正在運行。 我們計劃前往蘇格蘭參加國際會議,目的是培訓研究人員如何最好地利用這一新資源。 最終,我們希望這個工具能夠在與CML的鬥爭中產生新的想法和方法,並吸引更多的資金。 雖然我們繼續從世界各地的研究中心實時擴展我們對CML數據的表示,但我們還計劃開始整合來自其他類型白血病的數據。

近年來,靶向治療已成為現實 非常重要 在癌症研究中。 通過將這些數據提供給CML研究社區 LEUKomics,我們希望動員對致癌白血病幹細胞的新研究,並最終設計針對它們的治療而不影響健康細胞。 我們的數據庫為此過程提供了關鍵的墊腳石。

關於作者

Lorna Jackson,博士候選人(Paul O'Gorman白血病研究中心), 格拉斯哥大學 和Lisa Hopcroft,研究員(癌症科學研究所), 格拉斯哥大學

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