Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Átírás

1 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A

2 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Scholtz Beáta Molekuláris Terápiák 2. előadás FUNKCIONÁLIS GENOMIKA 2.

3 FUNKCIONÁLIS GENOMIKA 2. TÁMOP /1/A A fejezet célja, hogy ismertesse a funkcionális genomika célkitűzéseit és legfontosabb módszereit. Konkrét példákon kereszül bemutatjuk, hogyan járulhat hozzá ez a tudományág az orvostudomány fejlődéséhez. 1.1 DEFINÍCIÓK 1.2 A BETEGSÉGEKRŐL 1.3 A BETEGSÉGMECHANIZMUSOK FELTÁRÁSÁNAK MÓDSZEREI A génexpresszió szabályozásának alapesetei Microarray-k: Funkcionális genomika a rákterápia fejlesztéséért Genetikai aberrációk és betegségek Genom microarray-k Array összehasonlító genom hibridizáció (acgh)

4 Microarray-k: Funkcionális genomika a rákterápia fejlesztéséért Ki tartozik a magasabb kockázatú csoportba (Prognózis) Kinél várható jó (vagy gyenge) terápiás válasz Alternatívák a kemorezisztens rákok kezelésére Létező és új gyógyszerek hatékonyabb alkalmazása Gyógyszerek egyedi kombinációinak kidolgozása 4

5 Herceptin: a páciensek kiválasztásának fontossága Összes emlőtumoros páciens Her2+ emlőtumoros páciensek Herceptin Herceptin 10% válasz 35-50% válasz Alkalmazható-e ugyanez az általános kemoterápiás kezeléseknél is? 5 Holly Dressman, IGSP, Genomes

6 Előrehaladott stádiumú petefészekrák Jelenlegi protokoll Műtét Primer kemoterápia Platina/taxán 70% teljes válasz 30% részleges válasz Kiújuló betegség Másodlagos kemoterápia 10-20% válasz 80-90% nincs válasz Inaktív ágensek - szükségtelen toxicitás Sok pácienst kezelnek eredmény nélkül 6 Holly Dressman, IGSP, Genomes

7 NCI-60 sejtvonal panel Kemorezisztens tumorok kezelésének újabb lehetőségei rezisztens és érzékeny sejtvonalak azonosítása expressziós prediktor a válasz előrejelzésére - Kemoterápiás válasz adatai - Affymetrix expressziós adatok több mint 50 gén Kemoterápiás válasz prediktív profil rezisztens érzékeny 14 sejtvonal 7 Holly Dressman, IGSP, Genomes

8 8 Potti et al. Nat Med 2006

9 Expressziós mintázat egyéb kemoterápiás ágensekre - ugyanaz az alapelv Génlista NCI-60 sejtekre 9 Potti et al. Nat Med 2006

10 Páciensadatok (petefészekrák) Már meglévő génexpressziós adatok a GEO adatbázisból Valószínűségi szám, Potti et al. által hozzárendelve Kemoterápiás válasz adata ua. kísérletből Potti et al. Nat Med

11 Korreláció onkogén szignál útvonalak aktivációja és kemorezisztenciák között: Kombinációs terápia az útvonalakat célzó gyógyszerekkel? src: SU6656 PI3K: LY Potti et al. Nat Med 2006

12 Miért tanulmányozzuk a tumorok DNS-ét? A sejtbéli információ alapvető tárhelye Ugyanazok a DNS aberrációk ismétlődnek a tumorokban - nem hagyható figyelmen kívül! Bizonyos fajta DNS aberrációkra nagyon hatékony, általános vizsgálómódszerek léteznek A DNS meglehetősen stabil, és sokféleképpen kezelt mintákban is analizálható, pl. kórházi laborokból származó archív szövetmintákban. 12

13 Sokféle genetikai aberráció okozhat fejlődési rendellenességet vagy betegséget Pontmutáció - egy vagy néhány bázis megváltozása - megváltozik a protein vagy az expressziós szintje Gén egyik kópiája elvész - expressziós szint csökkenése (tumorszuppresszor elvesztése) Extra génkópia - expressziós szint nő (onkogén aktiváció) Génpromoter metilációja/demetilációja - expressziós szint csökken/nő (tumorszuppresszor elvesztése/ onkogén aktiváció) A DNS törése és a végek aberráns újracsatlakozása új géneket eredményezhet. 13

14 Genetikai aberrációk térképezése Pozíció finomítása Gén azonosítása Aberráció térképezése Prognózis, diagnózis, progresszió, stádiumok, terápia választás genetikai háttere Génspecifikus terápia Valószínűsíthető gén/útvonal teljes biológiai analízise 14

15 Genom microarray-k Definíció: Felhasználás: Jelentőség: Olyan microarray technológia, mely a kromoszóma aberrációkat detektálja Klinikai laboratórium: fluroeszcens in situ hibridizációval (FISH) komplementer technológia Kutatólaboratórium: azonosíthatja a betegségek genetikai hátterét Sok betegséget mikrodeléciók és olyan egyéb kromoszóma aberrációk okozhatnak, melyeket a FISH technika nem detektál. SNP array-k még jobb felbontást biztosítanak, és a genotípusról és kópiaszámról is adnak információt. 15

16 Sokféle microarray, különböző célkitűzésekhez 16

17 Array összehasonlító genom hibridizáció (comparative genomic hybridization, CGH) Microarray alapú összehasonlító genom hibridizáció Nem az RNS, hanem a DNS mennyiségét méri Két mintát hasonlít össze: Teszt minta Referencia minta Nagy felbontás 1-3 Mb (teljes genom array CGH), vagy kb (oligó acgh) vs 5-10 Mb (kariotipizálás) Időigény : 3-4 nap (array CGH) vs 2-4 hét (kariotipizálás) Egyszerű DNS preparálás az acgh-hoz, szemben a metafázisos kromoszómák analízisével 17

18 Array CGH Tumorokban előforduló genetikai átrendeződések detektálása (tumor genom és normál genom összehasonlítása) Genom kópiaszám variációk analízise szegregálódó variánsok léteznek a populációban Bizonyos patogén variánsok betegségekkel asszociálódnak Beteg és egészséges egyének genomjának összehasonlítása Genetikai markerekkel kapcsolt, ismert próbák használata a betegségek jobb megértésehez vezethet 18

19 Arány Array CGH: azonosítja a DNS kópiaszám változásokat, és pozíciójukat a genomban Teszt genom DNS Referencia genom DNS Extra DNS kópiák a tumorban DNS vesztés a tumorban pozíció a szekvenciában 19

20 Egy tumorgenom array CGH analízise Extra Vesztett 20

21 A tumorok kópiaszám profilja két folyamatot tükröz Olyan génexpressziós változások szelekciója, melyek a tumor kialakulásának kedveznek. Bizonyos genetikai aberrációk együttesének megtartása szelektív előnyt jelent. A genetikaiminstabilitás többféle mechanizmus révén indukál változásokat a genomban. (Iniciáló onkogén események egérmodellekben és metotrexát rezisztencia MMR deficiens és proficiens sejtvonalakban) 21

22 acgh hasznosítása a rákkutatásban Az eredmények alapján jobb tesztek alakíthatók ki, melyek az onkogének és tumor szuppresszor gének kópiaszámát detektálják Tumorprogresszió monitorozása, korai és metasztatikus léziók megkülönböztetése FISH próbákkal, melyek a több tumortípusban megfigyelhető kópiaszámváltozások régióit detektálják. További kópiaszám markerek azonosítása, melyek tumor predikcióra alkalmasak A tumorok kialakulásában közreműködő gének azonosítása és analízise segíthet olyan új gyógyszerek tervezésében, melyek a diszfunkcionális géneket/útvonalakat veszik célba, és/vagy nem okoznak terápia rezisztenciát. 22

23 Elváltozások egy tumorsejtvonal genomban: Kromoszomális és microarray alapú CGH megfeleltetése Amplifikációk: aktivált onkogének Deléciók: Inaktivált gének (tumorszuppresszorok) 23

24 A SNP array-k ereje: loss-of-heterozygosity detektálása, kópiaszám változás hiányában is Tan DSP et al. Laboratory Investigation :737 24

25 SNP adatbázisok dbsnp az NCBI honlapon Humán SNP adatbázis (Whitehead Institute) A SNP Konzorcium (TSC) J Pevsner: Bioinformatics and functional genomics 25

26 26

27 Új terápiás célpontok azonosítása: a felülről lefelé módszer Tan DSP et al. Pathobiology :63 27

28 Új terápiás célpontok azonosítása: a lentről felfelé módszer Tan DSP et al. Pathobiology :63 28

29 Myeloma multiplex acgh analízise 55 MM sejtvonal, 73 páciens minta Carrasco DR et al. Cancer Cell :313 29

30 Myeloma multiplex acgh analízise: prognosztikus besorolás hiperdiploid: k1, k2 nem-hiperdiploid: k3,k4 Konklúzió: ch11 extra : jobb prognózis ch1q extra: rosszabb ch13 vesztés: rosszabb Carrasco DR et al. Cancer Cell :313 30

31 Myeloma multiplex kombinált génexpressziós és acgh analízise Carrasco DR et al. Cancer Cell :313 31

32 Laphámsejtes tüdőrák acgh analízise A: Összes minta PIK3CA 3q26.2-q27.3 B: Magas kópiaszám változások Boelens MC et al. Lung Cancer :372 32

33 Laphámsejtes tüdőrák acgh analízise: PIK3CA expressziós szintek és amplifikáció korrelációja Új terápiás célpont? Boelens MC et al. Lung Cancer :372 33

34 A PIK3/Akt/mTOR szignál transzdukciós útvonal 34

35 Klinikai kipróbáláson levő PI3K inhibitorok jellemzői Ihle N T, Powis G Mol Cancer Ther 2009;8:1-9 35