Μελέτη της διαφορικής έκφρασης γονιδίων έπειτα από έκθεση σε χαμηλές δόσεις ιοντιζουσών ακτινοβολιών μέσω ανάλυσης δεδομένων μικροσυστοιχιών

Μιχαλέττου, Θεοδώρα-Δάφνη; Michalettou, Theodora-Dafni

dc.contributor.author	Μιχαλέττου, Θεοδώρα-Δάφνη	el
dc.contributor.author	Michalettou, Theodora-Dafni	en
dc.date.accessioned	2017-12-18T11:32:16Z
dc.date.available	2017-12-18T11:32:16Z
dc.date.issued	2017-12-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46121
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15052
dc.rights	Default License
dc.subject	Ιοντίζουσες Ακτινοβολίες	el
dc.subject	Βλάβες DNA	el
dc.subject	Μικροσυστοιχίες	el
dc.subject	Μετα-ανάλυση	el
dc.subject	Ionising Radiation	en
dc.subject	DNA Damage	en
dc.subject	Microarrays	en
dc.subject	Meta-analysis	en
dc.title	Μελέτη της διαφορικής έκφρασης γονιδίων έπειτα από έκθεση σε χαμηλές δόσεις ιοντιζουσών ακτινοβολιών μέσω ανάλυσης δεδομένων μικροσυστοιχιών	el
dc.title	Differential gene expression after exposure to low doses of ionising radiation using microarray data analysis	en
dc.contributor.department	DNA Damage Laboratory_BRFAA	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ	el
heal.classification	Biophysics-Medical Physics	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/b58a5db672dcbfe713694ce50ea555dbe4680c37
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-11
heal.abstract	Η χρήση ιοντιζουσών ακτινοβολιών αποτελεί την συνηθέστερη μέθοδο προσέγγισης για την διάγνωση και την θεραπεία πολλών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων τύπων καρκίνου. Σύμφωνα με πολλαπλές πηγές, θεωρείται ότι η επίδραση των υψηλών δόσεων ακτινοβολίας σχετίζεται κυρίαρχα με την φλεγμονή και το οξειδωτικό στρες. Στόχος της εργασίας είναι ο καθορισμός των επιδράσεων των χαμηλών δόσεων ακτινοβολίας στον ανθρώπινο ιστό. Για το σκοπό αυτό, συγκρίνονται τα διαφορικώς εκφραζόμενα γονίδια ως απόκριση στην έκθεση σε χαμηλές και υψηλές δόσεις καθώς και τα βιολογικά δίκτυα στα οποία συμμετέχουν αυτά. Μέθοδος Επιλέχθηκαν δείγματα από ανθρώπινους ιστούς κατηγοριοποιημένα ως ακτινοβολημένα με χαμηλή ή υψηλή δόση ακτινοβολίας και μη ακτινοβολημένα (δείγματα ελέγχου) και καθορίστηκε σε αυτά η γονιδιακή έκφραση μέσω ανάλυσης δεδομένων μικροσυστοιχιών. Τα πρωταρχικά δεδομένα από τις μελέτες λήφθηκαν από το GEO (δημόσιο αποθετήριο γονιδιακής έκφρασης). Τα δεδομένα (από τις σειρές GSE8917, GSE12435, GSE16935, GSE23901, GSE29344, GSE52918, GSE59861) υποβλήθηκαν σε διόρθωση υποβάθρου, κανονικοποίηση ποσοστημορίου και λογαρίθμιση με την βοήθεια του πακέτου της Limma από την σουίτα Bioconductor που βασίζεται στην γλώσσα προγραμματισμού R. Επίσης λήφθηκαν γονιδιακά δεδομένα από το BioMart και σχεδιάστηκε βάση δεδομένων MySQL με σκοπό την αποθήκευση των δεδομένων μας και την διεξαγωγή μετα-ανάλυσης για την επιλογή των στατιστικά σημαντικών διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων. Χρησιμοποιώντας την STRING και το WebGestalt, καταφέραμε να σχεδιάσουμε γονιδιακά δίκτυα και να καθορίσουμε τις βιολογικές διεργασίες που σχετίζονται με την απόκριση στις ιοντίζουσες ακτινοβολίες. Αποτελέσματα Στα αποτελέσματα της ανάλυσης αυτής για την επίδραση των χαμηλών δόσεων ιοντίζουσας ακτινοβολίας συγκαταλέγονται: η ενεργοποίηση μηχανισμών επιδιόρθωσης DNA και διαδικασίες που σχετίζονται με την αναστολή του κυτταρικού κύκλου καθώς και η ενεργοποίηση απόκρισης έπειτα από έκθεση σε ακτινοβολία ιοντίζουσα και μη. Μεγαλύτερο ενδιαφέρον όμως παρουσιάζει η ενεργοποίηση του μονοπατιού «GAB1 Signalosome», που οδηγεί στην ενεργοποίηση μέσω σηματοδότησης της AKT, η οποία και έχει συσχετιστεί με την δημιουργία καρκίνου. Τέλος, υπάρχουν ενδείξεις για μονοπάτια που μπορούν να συσχετιστούν με την επεξήγηση του φαινομένου του παρατυχόντος. Συζήτηση Συγκρίνοντας την απόκριση σε υψηλές και χαμηλές δόσεις ακτινοβολίας γίνεται αντιληπτό ότι υπάρχουν διαφορές. Ενώ στις υψηλές είναι βέβαιη η κινητοποίηση του κυττάρου μέσω της ενεργοποίησης της p53 και ορισμένων μηχανισμών επιδιόρθωσης DNA, στις χαμηλές δόσεις η απόπειρα του κυττάρου να ενεργήσει κατάλληλα δεν διαφαίνεται πλήρως. Παρόλα αυτά η εμφάνιση του γονιδίου CDKN1A στην πλειοψηφία των αποτελεσμάτων για την έκθεση σε χαμηλές δόσεις, η έκφραση του οποίου οδηγεί στην παραγωγή της p53-εξαρτώμενης πρωτεΐνης p21, δίνει ενδείξεις για την ενεργοποίηση της ογκο-κατασταλτικής πρωτεΐνης p53 και των αντίστοιχων μηχανισμών επιδιόρθωσης και στην περίπτωση των χαμηλών δόσεων. Αν και τα γονίδια που προέκυψαν από την ανάλυση ως στατιστικώς σημαντικά διαφορικώς εκφρασμένα μπορούν να συσχετιστούν με την βιβλιογραφία, χρήζουν αναθεώρησης καθώς δεν αναδείχθηκαν από τις μεθόδους διόρθωσης πολλαπλών ερωτημάτων. Η στατιστική αξία αυτών θα ήταν μεγαλύτερη αν είχαν προέλθει από μεγαλύτερο αριθμό σειρών δεδομένων στην περίπτωση του μοντέλου τυχαίων επιδράσεων κατά την διεξαγωγή μετα-ανάλυσης, ή αν ο σχεδιασμός των πειραμάτων χαρακτηριζόταν από μεγαλύτερη ομοιογένεια, επιλέγοντας έτσι το μοντέλο των σταθερών επιδράσεων. Επίσης η χρήση μελετών που χρησιμοποιούσαν κυτταρικές σειρές πιθανά επηρέασε την ανάλυση, καθώς στα αθανατοποιημένα κύτταρα έχουν επηρεαστεί οι διεργασίες του κυτταρικού κύκλου, οι οποίες αποτελούν βασικό τμήμα της απόκρισης σε ιοντίζουσα ακτινοβολία. Τέλος οφείλει να σημειωθεί ότι η διεξαγωγή επιπλέον πειραμάτων για τον καθορισμό των επιδράσεων των χαμηλών δόσεων ιοντίζουσας ακτινοβολίας είναι αναγκαία για την βελτίωση των μεθόδων διάγνωσης και θεραπείας και την πρόληψη πολλών ασθενειών. Λέξεις-κλειδιά: ιοντίζουσες ακτινοβολίες, χαμηλές δόσεις, υψηλές δόσεις, διαφορική έκφραση γονιδίων, φαινόμενο του παρατυχόντος, βιοπληροφορική, ανάλυση μικροσυστοιχιών, βάσεις δεδομένων, μετα-ανάλυση, βιοδείκτες, βιολογικά δίκτυα	el
heal.abstract	The use of Ionizing Radiation (IR) is currently one of the most common approaches in the diagnosis and treatment of many kinds of disease, including most types of cancer. Evidence from multiple sources suggest the involvement of inflammation and oxidative stress to be the main contributors of high dose radiation effects. Our interest was to identify the effects of low dose radiation in human tissues. To this end, we compare up- or down-regulated genes in response to low and high dose and the biological networks they participate in. Materials and Methods Human samples categorized as irradiated with low or high dose of radiation and non-irradiated (control samples) were selected and gene expression was determined using microarray data analysis. Raw data from various studies were downloaded from GEO public microarray database (GEO series GSE8917; GSE12435; GSE16935; GSE23901; GSE29344; GSE52918; GSE59861). GEO data were background-corrected, quantile normalized and log2 transformed, using the Limma package from Bioconductor suite which is based on the R programming language. We also downloaded various genomic data from BioMart. We designed a MySQL database in order to store our data and conduct a meta-analysis to select statistically significant differentially expressed genes. Using STRING and WebGestalt, we were able to construct gene networks and identify biological processes which are related to IR response. Results The results of this analysis for the effect of low doses of ionizing radiation include: activation of DNA repair mechanisms and processes related to cell cycle arrest as well as the response after exposure to ionising and non ionising radiation. Also the activation of the GAB1 Signalosome pathway, leads to AKT signaling that has been associated with cancer. Finally, there are indications of pathways that can be related to the explanation of the bystander effect. Discussion The differences in response to high and low doses of radiation are evident. While at high doses the activation of p53 and several DNA repair mechanisms ensure the cell’s response to radiation, the corresponding response of the cell to low doses is not entirely clear. However, the appearance of CDKN1A gene in the majority of results for exposure to low dose radiation, the expression of which leads to the production of p53-dependent p21 protein, gives evidence of activation of the p53 tumor suppressor protein and all the corresponding repair mechanisms in the case of low doses respectively. Although the genes that stand out from this analysis as statistically significant differentially expressed may be correlated with literature, they certainly need revision because they failed the methods of multiple tests adjustment. The statistical value of these genes would be greater if they derived from a larger number of data sets in the case of the random effect model of meta-analysis, or if the entirety of the selected experiments was characterized by greater homogeneity, in this case choosing the fixed effect model. In addition, choosing studies that used samples from cell line cultures may have affected this analysis because cell cycle is a key part of ionizing radiation response and in immortalized cells the cell cycle process has been disturbed. Finally, it is very important to proceed to further experiments in order to determine the effects of low dose ionizing radiation, as they are necessary for improving diagnose and treatment methods and also prevent many kinds of disease. Keywords: ionizing radiation, low dose, high dose, gene differential expression, bystander effect, bioinformatics, microarray analysis, database, meta-analysis, biomarkers, biological networks	en
heal.advisorName	Γεωργακίλας, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Γεωργακίλας, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Βοργιάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μπάγκος, Παντελής	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	149 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true