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

FUNKCIONÁLIS GENOMIKA 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

TÁMOP /1/A 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) 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. FUNKCIONÁLIS GENOMIKA 2.

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 TÁMOP /1/A

5 Herceptin: a páciensek kiválasztásának fontossága Összes emlőtumoros páciens Her2+ emlőtumoros páciensek Herceptin  10% válasz Herceptin 35-50% válasz Holly Dressman, IGSP, Genomes Alkalmazható-e ugyanez az általános kemoterápiás kezeléseknél is? TÁMOP /1/A

6 Előrehaladott stádiumú petefészekrák Jelenlegi protokoll Holly Dressman, IGSP, Genomes Műtét 70% teljes válasz 30% részleges válasz Primer kemoterápia Platina/taxán Kiújuló betegség Másodlagos kemoterápia 10-20% válasz 80-90% nincs válasz Inaktív ágensek - szükségtelen toxicitás Sok pácienst kezelnek eredmény nélkül TÁMOP /1/A

7 14 sejtvonal több mint 50 gén NCI-60 sejtvonal panel rezisztens és érzékeny sejtvonalak azonosítása expressziós prediktor a válasz előrejelzésére - Kemoterápiás válasz adatai - Affymetrix expressziós adatok Kemoterápiás válasz prediktív profil rezisztens érzékeny Kemorezisztens tumorok kezelésének újabb lehetőségei Holly Dressman, IGSP, Genomes TÁMOP /1/A

8 Potti et al. Nat Med 2006 TÁMOP /1/A

9 Expressziós mintázat egyéb kemoterápiás ágensekre - ugyanaz az alapelv Potti et al. Nat Med 2006 Génlista NCI-60 sejtekre TÁMOP /1/A

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 2006 TÁMOP /1/A

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 TÁMOP /1/A

12 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. Miért tanulmányozzuk a tumorok DNS-ét? TÁMOP /1/A

13 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. Sokféle genetikai aberráció okozhat fejlődési rendellenességet vagy betegséget TÁMOP /1/A

14 Genetikai aberrációk térképezése Aberráció térképezése Pozíció finomítása Gén azonosítása Prognózis, diagnózis, progresszió, stádiumok, terápia választás genetikai háttere Valószínűsíthető gén/útvonal teljes biológiai analízise Génspecifikus terápia TÁMOP /1/A

15 Genom microarray-k Definíció: Olyan microarray technológia, mely a kromoszóma aberrációkat detektálja Felhasználás: Klinikai laboratórium: fluroeszcens in situ hibridizációval (FISH) komplementer technológia Kutatólaboratórium: azonosíthatja a betegségek genetikai hátterét Jelentőség: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. TÁMOP /1/A

16 Sokféle microarray, különböző célkitűzésekhez TÁMOP /1/A

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 TÁMOP /1/A

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 TÁMOP /1/A

19 Array CGH: azonosítja a DNS kópiaszám változásokat, és pozíciójukat a genomban pozíció a szekvenciában Arány Teszt genom DNS Referencia genom DNS Extra DNS kópiák a tumorban DNS vesztés a tumorban TÁMOP /1/A

20 Egy tumorgenom array CGH analízise Extra Vesztett TÁMOP /1/A

21 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) A tumorok kópiaszám profilja két folyamatot tükröz TÁMOP /1/A

22 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. aCGH hasznosítása a rákkutatásban TÁMOP /1/A

23 Elváltozások egy tumorsejtvonal genomban: Kromoszomális és microarray alapú CGH megfeleltetése Amplifikációk: aktivált onkogének Deléciók: Inaktivált gének (tumorszuppresszorok) TÁMOP /1/A

24 A SNP array-k ereje: „loss-of-heterozygosity” detektálása, kópiaszám változás hiányában is Tan DSP et al. Laboratory Investigation :737 TÁMOP /1/A

25 SNP adatbázisok dbSNP az NCBI honlapon Humán SNP adatbázis (Whitehead Institute) A SNP Konzorcium (TSC) J Pevsner: Bioinformatics and functional genomics TÁMOP /1/A

26 TÁMOP /1/A

27 Új terápiás célpontok azonosítása: a „felülről lefelé” módszer Tan DSP et al. Pathobiology :63 TÁMOP /1/A

28 Tan DSP et al. Pathobiology :63 Új terápiás célpontok azonosítása: a „lentről felfelé” módszer TÁMOP /1/A

29 Myeloma multiplex aCGH analízise Carrasco DR et al. Cancer Cell : MM sejtvonal, 73 páciens minta TÁMOP /1/A

30 nem-hiperdiploid: k3,k4 hiperdiploid: k1, k2 Carrasco DR et al. Cancer Cell :313 Konklúzió: ch11 extra : jobb prognózis ch1q extra: rosszabb ch13 vesztés: rosszabb Myeloma multiplex aCGH analízise: prognosztikus besorolás TÁMOP /1/A

31 Myeloma multiplex kombinált génexpressziós és aCGH analízise Carrasco DR et al. Cancer Cell :313 TÁMOP /1/A

32 Laphámsejtes tüdőrák aCGH analízise Boelens MC et al. Lung Cancer :372 PIK3CA 3q26.2-q27.3 A: Összes minta B: Magas kópiaszám változások TÁMOP /1/A

33 Laphámsejtes tüdőrák aCGH analízise: PIK3CA expressziós szintek és amplifikáció korrelációja Boelens MC et al. Lung Cancer :372 Új terápiás célpont? TÁMOP /1/A

34 A PIK3/Akt/mTOR szignál transzdukciós útvonal TÁMOP /1/A

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