Search
למידת מכונה מזהה מוטציות המניעות סרטן באתרי קישור ל-CTCF

למידת מכונה מזהה מוטציות המניעות סרטן באתרי קישור ל-CTCF

במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת מחקר חומצות גרעיןחוקרים חוקרים האם למידת מכונה יכולה לזהות נקודות חמות של מוטציה של סרטן באתרי קישור מתמשכים של גורם CCCTC-binding (P-CTCF) (P-CTCFBSs).

לימוד: למידת מכונה מאפשרת זיהוי פאנל סרטן של נקודות חמות מוטציות באתרי קישור CTCF מתמשכים. קרדיט תמונה: Nuttapong punna / Shutterstock.com

CTCF וסרטן

מוטציות באתר הקישור של CTCF משפיעות על CTCF, חלבון מווסת ארכיטקטורה גרעינית בחומצה דאוקסיריבונוקלאית שאינה מקודדת (DNA). CTCF-BSs קבועים מראים עמידות בפני CTCF נוק-דאון ושימור הכריכה.

תתי סוגים אלה נבדלים על ידי חוזק הקישור הגבוה יותר שלהם, כריכה מכוננת ספציפית, העשרת עוגן לולאת כרומטין וגבולות תחום שיוך טופולוגי (TAD). מוטציות באתר הקישור ל-CTCF יכולות להפעיל גנים אונקוגניים; עם זאת, מעטים מהמוטציות הללו זוהו.

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, חוקרים פיתחו CTCF-In-Silico Investigation of PersistTEnt Binding (INSITE), כלי חישובי המסוגל לחזות את התמשכות הקישור ל-CTCF בעקבות פגיעה בתאי סרטן.

CTCF-INSITE הוא כלי למידת מכונה שמעריך מאפיינים גנטיים ואפיגנטיים כאחד, המסבירים את התמשכות הקישור ל-CTCF. העומס המוטציוני באתרי הקישור של PCTCF נקבע באמצעות רצפי International Cancer Genome Consortium (ICGC) מגידולים תואמים על ידי יצירת מדדי התמדה לאנציקלופדיה של אלמנטי DNA (ENCODE) CTCF ChIP-רצף נתונים מסוגי רקמות שונים. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגיה (NCBI) ו-GM12878 רצף גנום שלם בכיסוי גבוה (WGS) מיוזמת גנום הפלטינה שימשו גם הם לניתוח.

החוקרים סקרו קבוצות עם פחות מוטציות לכל פרט באמצעות נתוני CTCF ChIP-seq משורות תאים IMR-90, MCF7 ו-LNCaP שבודדו מרקמת ריאה, סרטן שד ואדנוקרצינומה של הערמונית, בהתאמה. לאחר זיהוי וביטול חריגים בשיטת Interquartile Range (IQR), 24 קבוצות, כולל 3,218 חולים, היו זמינות למחקר.

12 סוגי סרטן נפרדים נוצרו לאחר מכן על ידי שילוב מוטציות מקבוצות מאותו סוג סרטן. עבור תאי IMR-90, LNCaP ו-MCF7, נחקרו תכונות גנומיות, אינטראקציות כרומטין, זיקת קישור, תזמון שכפול, קישור מכונן וציוני שימור.

נעשה שימוש במודלים אקראי של יער מכיוון שיש לו שיעור הצלחה מעולה בהשוואה למודלים של רגרסיה ליניארית בחיזוי קישור CTCF בסיליקו. הנתונים חולקו למערכי נתונים של אימון ובדיקה תוך שימוש ביחס של 9:1.

כמו כן בוצעו מחקרי מוטיבים מחייבים כדי לקבוע את מיקום הקישור בתוך שיא של ChIP-seq מ-200 עד 2,000 זוגות בסיסים (bp). לאחר מכן חושב ציון מוטיב עבור כל אזור של שיא ב-ChIP-seq.

נעשה שימוש בניתוח העשרה של ערכת גנים (GSEA) כדי לקבוע את ההקשר המוטציוני של הטרינוקלאוטיד עבור כל חולה, ומבחני קיטוב DNA של פלואורסצנציה (FPDB) שימשו כדי להשוות את הנטל המוטציוני בין P-ו-L-CTCF-BSs. על ידי צבירת תוצאות אלו, נוצר שיעור מוטציות רקע של CTCFBSs עבור כל סרטן.

ממצאי המחקר

בהשוואה לכל אתרי הקישור ל-CTCF, לאלו של P-CTCF היו שיעורי מוטציה גבוהים משמעותית בסרטן הערמונית והשד. בכל 12 סוגי הסרטן שנבדקו, אתרי הקישור החזויים של P-CTCF הפגינו עומס מוטציה מוגבר באופן ניכר. מוטציות באתר הקישור של P-CTCF, שצפויות להיות בעלות השפעה תפקודית על לולאה וקשירה של כרומטין CTCF, הראו העשרה משמעותית יותר.

ה בַּמַבחֵנָה ניסויים אישרו שהמוטציות הצפויות לסרטן באתר הקישור של P-CTCF הפחיתו את הקישור ל-CTCF. מוטציות באתרי הקישור של P-CTCF נצפו לעתים קרובות יותר מאשר L-CTCF ב-12 סוגי סרטן שונים. מוטציות באתר הקישור של P-CTCF היו קשורות לשיבוש לולאה, ובכך מצביעות על כך שמוטציות אלו תורמות לחוסר ויסות של גנום תלת מימדי בסרטן.

זיקה מחייבת היא חיונית להישרדות P-CTCF-BS, במיוחד בעוגני לולאת כרומטין, אזורי תזמון שכפול מאוחרים וגבולות TAD. יתרה מכך, המיקום המשותף של לולאות הכרומוזומים מעיד על עמידות.

החוקרים זיהו חוסר איזון אללי משמעותי בקישור ב-91 אתרים, שבהם מוטציות הפחיתו את זיקת הקישור. סרטן השד הפגין הורדת ויסות גנים המושרה על-ידי אור אולטרה סגול (UV), בעוד שסרטן הערמונית הפגין העשרה של גן מעבר אפיתל-למזנכימלי. בהשוואה לאתרי קישור של L-CTCF, P-CTCF-BSs היו קשורים לשיעור מוטציה גבוה יותר ולהעשרה בולטת של מוטציות משבשות.

מסקנות

ממצאי המחקר מזהים תת-מחלקה חדשה של מוטציות CTCF-BS DNA ספציפיות לסרטן ומספקות תובנות חשובות לגבי התפקיד המכריע של מוטציות אלו במבנים גנומיים של סרטן. CTCF-INSITE הראה העשרה משמעותית למוטציות על פני סוגי סרטן שונים. עקב הפרעה אפשרית של לולאות כרומטין וירידה בקישור פנימה בַּמַבחֵנָה בדיקות מחייבות, מוטציות אלו נחשבות לתפקודיות.

חקר הפרופילים המוטציוניים של סוגים אחרים של סרטן יכול להיתמך על ידי האות המוטציוני המוגבר באתרי הקישור של P-CTCF. לפיכך, כוח הניבוי של CTCF-INSITE עבור CTCF-BSs מציע מועמדים מבטיחים לשינוי ניסיוני שעל החוקרים לתעדף כדי להבין טוב יותר את האטיולוגיה של הסרטן.

דילוג לתוכן