‘Teoría de la información’ reclutada para ayudar a los científicos a encontrar genes del cáncer
Una ilustración del concepto de investigación de que el código de metilación del ADN se puede analizar usando la teoría de la información, representada por cadenas de 0 y 1. Este análisis ayuda a los investigadores a comprender el panorama epigenético del cáncer (representado en azul) e identificar los genes que regulan este panorama (señalados como cadenas y postes debajo del paisaje azul). Crédito: Kate Zvorykina (Ella Maru Studio), Diseño: Michael Koldobskiy y Andrew Feinberg, Johns Hopkins Medicine en Johns Hopkins Medicine y Johns Hopkins Kimmel Cancer Center dicen que han descubierto un posible culpable genético clave en el desarrollo de la leucemia linfoblástica aguda (LLA).
La LLA es la forma más común de leucemia infantil y afecta a unos 3000 niños y adolescentes cada año solo en los Estados Unidos.
Específicamente, el equipo de Johns Hopkins utilizó la «teoría de la información», aplicando un análisis que se basa en cadenas de ceros y unos, el sistema binario de símbolos comunes a los lenguajes y códigos informáticos, para identificar variables o resultados de un proceso en particular. En el caso de la biología del cáncer humano, los científicos se centraron en un proceso químico en las células llamado metilación del ADN, en el que ciertos grupos químicos se adhieren a áreas de los genes que guían los interruptores de encendido/apagado de los genes.
«Este estudio demuestra cómo un lenguaje matemático del cáncer puede ayudarnos a comprender cómo se supone que deben comportarse las células y cómo las alteraciones en ese comportamiento afectan nuestra salud», dice Andrew Feinberg, MD, MPH, profesor distinguido de Bloomberg en la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, Escuela de Whiting de Ingeniería y la Escuela de Salud Pública Bloomberg. Feinberg, fundador del campo de la epigenética del cáncer, descubrió la metilación alterada del ADN en el cáncer en la década de 1980.
Feinberg y su equipo afirman que el uso de la teoría de la información para encontrar genes impulsores del cáncer puede aplicarse a una amplia variedad de cánceres y otras enfermedades.
La metilación ahora se reconoce como una forma en que se puede alterar el ADN sin cambiar el código genético de una célula. Cuando la metilación falla en tales fenómenos epigenéticos, ciertos genes se activan o desactivan de manera anormal, lo que desencadena un crecimiento celular descontrolado o cáncer.
«La mayoría de las personas están familiarizadas con los cambios genéticos en el ADN, es decir, las mutaciones que cambian el ADN secuencia. Esas mutaciones son como las palabras que componen una oración, y la metilación es como la puntuación en una oración, proporcionando pausas y paradas mientras leemos», dice Feinberg. En la búsqueda de una forma nueva y más eficiente de leer y comprender el código epigenético alterado por la metilación del ADN, trabajó con John Goutsias, Ph.D., profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Johns Hopkins y Michael Koldobskiy. , MD, Ph.D., oncólogo pediátrico y profesor asistente de oncología en el Johns Hopkins Kimmel Cancer Center.
«Queríamos usar esta información para identificar los genes que impulsan el desarrollo del cáncer a pesar de que su origen genético el código no está mutado», dice Koldobskiy.
Los resultados del estudio, dirigido por Feinberg, Koldobskiy y Goutsias, se publicaron el 15 de abril en Nature Biomedical Engineering.
Koldobskiy explica que la metilación en una ubicación particular del gen es metilación binaria o no metilación y un sistema de ceros y unos puede representar estas diferencias tal como se usan para representar códigos e instrucciones de computadora.
Para el estudio, el equipo de Johns Hopkins analizó el ADN extraído f de muestras de médula ósea de 31 niños recién diagnosticados con LLA en el Hospital Johns Hopkins y el Hospital Infantil de Texas. Secuenciaron el ADN para determinar qué genes, en todo el genoma, estaban metilados y cuáles no.
Los pacientes de leucemia recién diagnosticados tienen miles de millones de células de leucemia en su cuerpo, dice Koldobskiy.
Al asignar ceros y unos a partes del código genético que estaban metiladas o no metiladas y usar conceptos de teoría de la información y programas de computadora para reconocer patrones de metilación, los científicos pudieron encontrar regiones del genoma que estaban metiladas constantemente en pacientes con leucemia y aquellos sin cáncer.
También vieron regiones del genoma en las células de leucemia que estaban metiladas de forma más aleatoria, en comparación con el genoma normal, una señal para los científicos de que esos puntos pueden estar específicamente relacionados con las células de leucemia en comparación con las normales. .
Un gen, llamado UHRF1, se destacó entre otras regiones genéticas en células de leucemia que tenían diferencias en la metilación del ADN en comparación con el genoma normal.
«Fue una gran sorpresa encontrar este gen, ya que se ha sugerido su relación con el cáncer de próstata y otros cánceres, pero nunca se ha identificado como un impulsor de la leucemia», dice Feinberg.
En las células normales, los productos proteicos del gen UHRF1 crean un puente bioquímico entre la metilación del ADN y empaquetamiento de ADN, pero los científicos no han descifrado con precisión cómo la alteración del gen contribuye al cáncer.
Los experimentos realizados por el equipo de Johns Hopkins muestran que las células de leucemia cultivadas en laboratorio que carecen de actividad del gen UHRF1 no pueden autorrenovarse y perpetuarse células de leucemia adicionales.
«Las células de leucemia tienen como objetivo sobrevivir, y la mejor manera de garantizar la supervivencia es variar la epigenética en muchas regiones del genoma para que, independientemente de lo que intente eliminar el cáncer, al menos algunas sobrevivan «, dice Koldobskiy.
La LLA es el cáncer pediátrico más común, y Koldobskiy dice que décadas de investigación sobre varios tratamientos y la secuencia de esos tratamientos han ayudado a los médicos a curar la mayoría de estas leucemias, pero la enfermedad recidivante sigue siendo un CA líder uso de la muerte por cáncer en niños.
«Este nuevo enfoque puede conducir a formas más racionales de abordar las alteraciones que provocan esta y probablemente muchas otras formas de cáncer», dice Koldobskiy.
El equipo de Johns Hopkins planea utilizar la teoría de la información para analizar los patrones de metilación en otros tipos de cáncer. También planean determinar si las alteraciones epigenéticas en URFH1 están relacionadas con la resistencia al tratamiento y la progresión de la enfermedad en pacientes con leucemia infantil.
Explore más a fondo
El cáncer deja una huella común en el ADN Más información: Michael A. Koldobskiy et al, Converging genetic and epigenetic drivers of pediatric aguda linfoblástica leucemia identificados por un análisis teórico de la información , Naturaleza Ingeniería Biomédica (2021). DOI: 10.1038/s41551-021-00703-2 Información de la revista: Nature Biomedical Engineering
Proporcionado por la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins Cita: ‘Teoría de la información’ reclutada para ayudar a los científicos a encontrar genes del cáncer (20 de abril de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-theory-scientists-cancer-genes.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.