Горная промышленность данных о раке для подсказок лечения: исследователи геномики Рака полагаются на суперкомпьютеры TACC, чтобы помочь определить факторы риска и классифицировать опухоли

В их уникальной статье 2011 года, «Показатели Рака: Новое поколение», биологи Дуглас Хэнэхэн и Роберт Вайнберг выяснили шесть показателей либо общности, поделённые всеми раковыми клетками.«Лежание в базе этих показателей есть нестабильностью генома, которая создаёт генетическое разнообразие, которое активизирует их воспламенение и приобретение, которое содействует многократным функциям показателя», написали они.Подход, что был весьма успешным в раскрытии сложного характера рака, есть геномикой – отрасль молекулярной биологии, касавшейся структуры, функции, отображения и эволюции геномов.

Так как геном человека складывается из трех миллиардов пар оснований, для человека нереально выяснить единственные мутации видом. Следовательно, ученые применяют вычисление и научное ПО, дабы отыскать связи в биологических данных. Но геномика – больше, чем простое соответствие примера.«В то время, когда Вы двигаетесь в многомерный, структурный, исследования уровня и временной ряд населения, методы становятся намного более жёсткими, и они кроме этого имеют тенденцию быть более в вычислительном отношении интенсивными», сообщил Мэтт Вон, директор по Вычислению Наук о жизни в Texas Advanced Computing Center (TACC). «Это требует ресурсов как те в TACC, каковые оказывают помощь громадным количествам исследователей изучить сложность геномов рака».

Рыбалка в водоемах Громадных данныхГруппа во главе с Карен Васкес, учителем токсикологии и фармакологии в Техасском университете в Остине, трудилась, дабы отыскать, что корреляции между хромосомными перестановками – одним из показателей геномов рака – и определенными последовательностями ДНК с потенциалом сворачиваются во вторичные структуры.

Эти структуры, включая шпильку либо крестообразные формы, трижды либо переплетенную четверкой ДНК, и другие естественные, но другие, формы, коллективно известны как «потенциал non-B структуры ДНК» либо ВОДОЕМЫ.ВОДОЕМЫ разрешают генам копировать и произвести белки и исходя из этого ответственны для людской судьбы.

Но ученые кроме этого подозревают, что они смогут быть связаны с мутациями, каковые смогут повысить риск рака.Применяя суперкомпьютеры Stampede и Lonestar в TACC, Васкес трудился с исследователями от Андерсона и Онкологического центра Университета Кардиффа и Техасского университета, дабы проверить догадку, что ВОДОЕМЫ имели возможность бы быть отысканы в, либо рядом, контрольные точки перестановки – расположения на хромосоме, где ДНК имела возможность бы быть удалена, инвертировали либо обменялись около.Разбирая распределение формирующих ВОДОЕМЫ последовательностей примерно в 1 000 оснований примерно 20 000 перемещений и больше чем 40 000 контрольных точек удаления в геномах рака, они нашли большую ассоциацию между формирующими ВОДОЕМЫ раком и последовательностями. Они с далека собственные результаты в выпуске в июле 2016 Изучения Нуклеиновых кислот.

«Мы нашли, что маленькие перевернутые повторения вправду обогащены в контрольных точках перемещения в человеческих геномах рака», сообщил Васкес.Корреляция повторилась в терпеливых образцах и различных людях опухоли. Они заключили, что формирующие ВОДОЕМЫ последовательности воображают внутренний фактор риска для геномных перестановок в геномах рака.

«Во многих случаях перемещения – то, что превращает обычную клетку в раковую клетку», сообщил соавтор Альбино Баколья, следователь изучения при молекулярной и клеточной онкологии в МД Андерсоне. «Что мы нашли в отечественном изучении, был то, что места разрывов хромосомы не случайны на протяжении ДНК двойная спираль; вместо этого, они происходят предпочтительно в определенных расположениях. Крестообразные структуры в ДНК, выстроенной маленькими, перевернутыми повторениями, отмечают пятна для разрывов хромосомы, мутаций, и возможно начинают развитие рака».Тогда как изучение воображает свидетельства, что формирующие ВОДОЕМЫ повторения содействуют геномным перестановкам в геномах рака, это кроме этого поднимает новые вопросы, таковой как, из-за чего ВОДОЕМЫ более очень сильно связаны с перемещением, чем с удалениями?

Васкес и ее сотрудники развили их вычислительное изучение с лабораторными опытами, каковые исследуют особенные условия, при которых перемещения формируют вызывающие рак недостатки. Придумывая в Изучении Нуклеиновых кислот в мае 2017, она обрисовала, как определенная контрольная точка перемещения длиной в несколько с 23 базами может организовать потенциал non-B структура ДНК, известная как H-ДНК, в присутствии ионов Na и магния.

«Господство H-ДНК вовлекает эту структуру в нестабильность, связанную с человеческим c-MYC онкогеном», написали Васкес и ее сотрудники.Познание процессов, которыми лидерство ВОДОЕМОВ к хромосомным перестановкам и этим перестановкам воздействует на рак, будет принципиально важно для диагностического будущего и цели лечения.[Национальный Онкологический университет, часть Национальных Университетов Здоровья, финансировал эти изучения.]

Анализ генома в действииЗа исключением мутаций, геном остается приблизительно зафиксированным для данной клеточной линии. Иначе, транскриптом – комплект всех молекул РНК посыльного в одной клетке либо населении клеток – может изменяться в зависимости от внешних условий.РНК Messenger (mRNA) передает генетическую данные от ДНК до рибосомы, где они определяют, какие конкретно белки клетка обязана сделать – процесс известный как экспрессия гена.

Познание, какие конкретно гены выражаются в опухоли, оказывает помощь более совершенно верно классифицировать опухоли в подгруппы, так, их возможно верно разглядывать.Виши Ийер, учитель молекулярных биологических наук в Техасском университете в Остине, развивал метод выяснить разделы ДНК, каковые коррелируют с трансформациями в определенных чертах, и эпигенетический, либо связанная не-ДНК, факторы та экспрессия гена действия уровни.

Он и его несколько применяют данный подход к данным The Cancer Genome Atlas (TCGA), дабы изучить эффекты наследственной изменчивости и мутаций на экспрессии гена в опухолях. Суперкомпьютер Панического бегства TACC оказывает помощь им петабайты шахты данных из TCGA выяснить тонкие корреляции и генетические варианты, каковые касаются разных форм рака.

«TACC был крайне важен для отечественного анализа информации о геномике рака, и для обеспечения нужной вычислительной мощности и для безопасности, нужной для обработки чувствительных терпеливых геномных комплектов данных», сообщил кожный покров.В феврале 2016, Iyer и команда исследователей от Онкологического центра UT Austin и МД Андерсона, сказал по собственной природе о Коммуникациях об анализе транскриптома всего генома двух типов клеток, каковые составляют предстательную железу – простаты главной и люминал эпителиальное население.

Они изучили экспрессию гена клеток в здоровых людях, и людях с раком, и определили, что клетка печатает определенные генные автографы, каковые были связаны с агрессивными подтипами рака простаты, что продемонстрировал негативные клинические ответы.«Разбирая программы экспрессии гена, мы нашли, что нижние клетки в людской простате продемонстрировали сильную подпись, связанную со стволовыми клетками рака, каковые являются клетками происхождения опухоли», сообщил Ийер. «Это знание возможно нужным в развитии более целенаправленных способов лечения, каковые стремятся стереть с лица земли рак в его происхождении».Применяя подобную методику, Iyer и отдельная команда исследователей из UT Austin и Национального Онкологического университета выяснили определенный транскрипционный фактор, который связан с агрессивным типом лимфомы, которая высоко коррелируется с нехорошими терапевтическими результатами.

Они с далека собственные результаты на Слушаниях Национальной академии наук в январе 2016.Определяя эти узкие индикаторы, не только в ДНК, но и в mRNA выражении, работа окажет помощь улучшить заключения больных и обеспечить надлежащее лечение на базе определенных включенных раковых образований.«Упорядочивающая разработка нового поколения разрешает нам замечать геномы и их деятельность в беспрецедентных подробностях», сообщил он. «Это кроме этого делает громадное биомедицинское изучение все более и более вычислительным, так, превосходно иметь ресурс как TACC, дешёвый нам».[Эти проекты были поддержаны, частично, грантами от NIH, ДОДА, НИИ Профилактики Рака Техаса, Центра Онкологического центра МД Андерсона Эпигенетики Рака, Центра Изучений рака, Исследовательский фонда Лимфомы и Дара Столетия Следующего дня Мари Бецнер.]

Включение изучений рака через веб-порталыБольше чем с 30 000 биомедицинских исследователей, управляющих больше чем 3 000 вычислительных рабочих мест в сутки, Галактика воображает одну из самых громадных, самых успешных, сетевых платформ биоинформатики в мире.С 2014 TACC привел анализы данных в воздействие для громадного процента пользователей Галактики, разрешив исследователям скоро и свободно решает твёрдые неприятности в случаях, где их несколько ПК либо кампуса не достаточна.

Не смотря на то, что Галактика поддерживает ученых, изучающих последовательность биомедицинских неприятностей, применение большого количества платформа, дабы изучить рак.«Галактика похожа на швейцарский нож. Вы имеете возможность руководить многими разными видами изучений от текстовой обработки до идентификации геномных мутаций к определению количества экспрессии гена и больше», сообщил Джереми Гоекс, доцент Вычислительной Биологии и Биоинженерии в Научном Университете и Орегонском здоровье и одном из научных начальников для проекта. «Для рака Галактика может употребляться, дабы выяснить мутации опухоли, каковые стимулируют рост рака, находят белки, каковые сверхвыражены в опухоли, и для chemo-изобретения и информатики лекарства».

Он оценивает, что много исследователей ежегодно применяют платформу для изучений рака, сам включенных. Потому, что эти больного раком тесно защищены, большинство этого применения включает либо публично дешёвые информацию о раке либо эти по линиям раковых клеток – увековеченные клетки, каковые воспроизводят в лаборатории и употребляются, дабы обучаться, как рак реагирует на разные наркотики либо условия.В личном изучении Гоекса он разрабатывает трубопроводы анализа данных, дабы выполнить геномные профили рака поджелудочной железы и применять те профили, дабы счесть мутации связанными с заболеванием и возможно нужными наркотиками.Его работа над exome и трубопроводами упорядочивающего опухоли транскриптома, изданными в Изучениях рака в январе 2015, проанализированных информации о последовательности из шести опухолей и трех неспециализированных клеточных линий.

Он продемонстрировал, что они поделили неспециализированные мутации, которые связаны с геном KRAS, но что они кроме этого продемонстрировали мутации, не отысканные в клеточных линиях, указав на потребность переоценить преклинические модели терапевтического ответа в контексте геномной медицины.По большому счету говоря Галактика оказывает помощь исследователям выяснить биомаркеры, каковые дают показатель ответов препарата и прогноза пациента, помещая геномные эти людей в контекст громадных когорт больных раком, довольно часто от Интернационального Консорциума Генома Рака либо Геномных Данных палата общин, обе из которой охватывают больше чем 10 000 геномов опухоли.«Любой раз, в то время, когда Вы приобретаете геномные список мутаций и данные человека, каковые появились в опухоли, но не в другой части тела, вопрос: ‘Мы видели эти мутации прежде?’» он растолковал. «Это требует, дабы мы соединили отечественные отдельные терпеливые эти с этими громадными когортами, каковые говорят нам, в случае если мы видели его прежде и знаем, как разглядывать его.

Это оказывает помощь нам выяснить, враждебный ли рак либо доброкачественный, либо в случае если мы знаем конкретные наркотики, каковые будут трудиться, учитывая данный конкретный профиль мутации, что имеет больной».То, что это сейчас скоро и недорого, дабы произвести информацию о последовательности ДНК, свидетельствует, что большое количество данных производится, что со своей стороны требует больших суперкомпьютеров как Паническое бегство TACC, системы Загона и Реактивная струя для анализа, распределения и хранения.«Это – совершенный брак TACC имеющий огромной вычислительной силы с масштабируемой архитектурой и высказыванием и приходом Галактики, ‘мы планируем пойти последняя миля и удостовериться, что люди, каковые не смогут в большинстве случаев применять эти аппаратные средства, в состоянии к’».Потому, что биология делается все больше управляемой данными дисциплиной, высокоэффективное вычисление растет в важности как критический компонент для науки.

«Так легко собрать эти от упорядочивания, протеомики, отображения. Но в то время, когда у Вас имеется все эти комплекты данных, Вам нужно обработать их машинально», говорит он. «Сокровище Галактики скрывает часть сложности, которая идет с тем вычислением так, дабы ученый имел возможность сосредоточиться на какой вопросы им: как проанализировать комплект данных, дабы извлечь значащую данные, был ли анализ успешен, и как произвести знание, соединив аналитические результаты с теми в более широком биомедицинском сообществе».

6 комментариев к “Горная промышленность данных о раке для подсказок лечения: исследователи геномики Рака полагаются на суперкомпьютеры TACC, чтобы помочь определить факторы риска и классифицировать опухоли”

Оставьте комментарий