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Publication
Analysis of the transcriptional regulatory network: underlying heart development
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 19.3 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Heart development is a highly complex process with a series of precisely spatially and
temporally ordered events on molecular level. To understand how these events are
controlled and coordinated, it is necessary to study the underlying gene expression and its
regulation. While many studies have been carried out in the examination of single genes and
their expression patterns, comprehensive analyses of genome-wide expression profiles
associated with cardiomyogenesis (i.e. the differentiation of stem cells into cardiomyocytes)
are still rare. In fact, no study exists to date which compares and consolidates the publicly
available genome-wide measurement for cardiomyogenesis. Such endeavour however is
important, as it is well known that individual microarray studies can be seriously
compromised by artefacts. In contrast, the combination of various expression studies, which
was performed in my study, can lead to more reliable results and help elucidate the different
aspects of heart development and repair. Furthermore, a brief study was performed
regarding the potential risk of originating cancer or teratomas from stem cell therapy.
Finally, I carried out a network-based analysis, to identify regulatory actions between genes,
based on published interaction data. This type of analysis can also help to identify novel
genes with a role in heart development and provide new valuable targets to future
experimental laboratorial analysis. The combination of the multiple dataset is thus an
important approach to gain better insights of the different heart development processes as
well as regenerative medicine applied to the heart.
O desenvolvimento cardíaco é um processo extremamente complexo com uma série de eventos espácio-temporais precisos ao nível molecular. Para compreender como estes eventos são controlados e coordenados, é necessário estudar a expressão genética subjacente em diferentes organismos, estadios de desenvolvimento celular e a sua regulação. Enquanto que muitos dos estudos realizados foram executados para uma análise individual dos genes e seus padrões de expressão, uma análise compreensiva dos perfis de expressão do genoma associada à diferenciação das células estaminais em cardiomiócitos ainda não existe. No presente trabalho foi realizada uma meta-análise de resultados publicados em 4 trabalhos independentes prévios, num total de 25 microarrays, que definiram a expressão diferencial “pangenómica” durante a diferenciação de células estaminais embrionárias em cardiomiócitos ou durante a transdiferenciação de células somáticas em cardiomiócitos. Este tipo de análise é no entanto essencial, pois a utilização das expressões de um único microarray é pouco fiável, podendo este estar seriamente comprometido por artefactos de natureza humana ou das próprias condições experimentais. Foi realizado um breve estudo relativamente ao risco de ocorrer a formação de teratomas a partir da terapia com células estaminais, com o objectivo de verificar se os genes que são comuns ao cancro e às celulas estaminais são semelhantes aos genes responsáveis pela formação dos cardiomiócitos e/ou cardiomiócitos induzidos. Este tipo de análise é bastante importante, porque não se baseia apenas nos valores de expressão dos genes das experiências, esta análise vai também procurar validar a expressão dos genes por estudos estatísticos, sendo apenas considerados os genes que têm valores pvalue ajustados significativos (<0.1). Este tipo de tratamento dos microarrays torna possível que os dados obtidos sejam mais fiáveis, podendo considerar que os genes adquiridos na análise apresentam consistentemente o mesmo padrão de expressão nos vários estudos em processos similares, procurando assim incluir genes que ainda não tenham sido ligados ao desenvolvimento e regeneração cardíaca. O estudo dos genes importantes para o desenvolvimento cardíaco definiu certos factores de transcrição essenciais para o desencadeamento desse processo. Esses mesmos factores marcam/promovem de tal forma o desenvolvimento de linhagens de células cardíacas que a expressão exógena destes factores em células somáticas com funções diferentes leva a uma modificação radical da função e das propriedades destas células, tornando-as em células semelhantes a cardiomiócitos. O mecanismo molecular deste processo chamado transdiferenciação ainda é pouco claro, mas é provavel que involva genes que também sejam importantes para o desenvolvimento cardíaco ou diferenciação. Para elucidar os mecanismos regulatórios subjacentes, foi construída uma rede de interações (networks) dos vários genes obtidos, com base em dados publicados de outros artigos. Foram tidos em consideração os factores de transcrição mais relevantes (tais como o Hand2, Mef2c e Gata4) que têm a capacidade de controlar o destino das células cardíacas. A combinação dos dados de expressão e interacção providenciaram um panorama detalhado da dinâmica dos mecanismos de regulação. Foi possível verificar qual a expressão temporal dos genes obtidos através da sua correlação e que tipo de interacção proteína-proteína existia entre os diversos genes. A meta-análise dos vários estudos de expressão de genoma utilizados neste trabalho, faz com que este trabalho seja único e original, pois tal tipo de análise nunca foi realizada no contexto de tentar encontrar “novos” genes que estejam ligados ao desenvolvimento cardíaco. Este trabalho permitiu elucidar os diferentes aspectos do desenvolvimento e recuperação cardíaca e que genes podem estar envolvidos nesse processo. Através deste trabalho também foi possivel identificar, com algum grau de confiança, alguns genes potencialmente importantes e que ainda não foram completamente associados ao desevolvimento cardíaco, tal com é o caso dos genes Meis1, Smyd1 ou Zfpm2 e providenciou muitos outros indicadores para possíveis futuras experiências laboratoriais. A combinação dos diversos microarrays foi um passo importante para compreender melhor os diferentes aspectos que estão envolvidos intrinsecamente com o desenvolvimento cardíaco e a medicina regenerativa. A sua posterior combinação com as redes de interação entre os genes levou a uma melhor interpretação dos resultados, possibilitando a compreensão do funcionamento temporal e como interagem entre si.
O desenvolvimento cardíaco é um processo extremamente complexo com uma série de eventos espácio-temporais precisos ao nível molecular. Para compreender como estes eventos são controlados e coordenados, é necessário estudar a expressão genética subjacente em diferentes organismos, estadios de desenvolvimento celular e a sua regulação. Enquanto que muitos dos estudos realizados foram executados para uma análise individual dos genes e seus padrões de expressão, uma análise compreensiva dos perfis de expressão do genoma associada à diferenciação das células estaminais em cardiomiócitos ainda não existe. No presente trabalho foi realizada uma meta-análise de resultados publicados em 4 trabalhos independentes prévios, num total de 25 microarrays, que definiram a expressão diferencial “pangenómica” durante a diferenciação de células estaminais embrionárias em cardiomiócitos ou durante a transdiferenciação de células somáticas em cardiomiócitos. Este tipo de análise é no entanto essencial, pois a utilização das expressões de um único microarray é pouco fiável, podendo este estar seriamente comprometido por artefactos de natureza humana ou das próprias condições experimentais. Foi realizado um breve estudo relativamente ao risco de ocorrer a formação de teratomas a partir da terapia com células estaminais, com o objectivo de verificar se os genes que são comuns ao cancro e às celulas estaminais são semelhantes aos genes responsáveis pela formação dos cardiomiócitos e/ou cardiomiócitos induzidos. Este tipo de análise é bastante importante, porque não se baseia apenas nos valores de expressão dos genes das experiências, esta análise vai também procurar validar a expressão dos genes por estudos estatísticos, sendo apenas considerados os genes que têm valores pvalue ajustados significativos (<0.1). Este tipo de tratamento dos microarrays torna possível que os dados obtidos sejam mais fiáveis, podendo considerar que os genes adquiridos na análise apresentam consistentemente o mesmo padrão de expressão nos vários estudos em processos similares, procurando assim incluir genes que ainda não tenham sido ligados ao desenvolvimento e regeneração cardíaca. O estudo dos genes importantes para o desenvolvimento cardíaco definiu certos factores de transcrição essenciais para o desencadeamento desse processo. Esses mesmos factores marcam/promovem de tal forma o desenvolvimento de linhagens de células cardíacas que a expressão exógena destes factores em células somáticas com funções diferentes leva a uma modificação radical da função e das propriedades destas células, tornando-as em células semelhantes a cardiomiócitos. O mecanismo molecular deste processo chamado transdiferenciação ainda é pouco claro, mas é provavel que involva genes que também sejam importantes para o desenvolvimento cardíaco ou diferenciação. Para elucidar os mecanismos regulatórios subjacentes, foi construída uma rede de interações (networks) dos vários genes obtidos, com base em dados publicados de outros artigos. Foram tidos em consideração os factores de transcrição mais relevantes (tais como o Hand2, Mef2c e Gata4) que têm a capacidade de controlar o destino das células cardíacas. A combinação dos dados de expressão e interacção providenciaram um panorama detalhado da dinâmica dos mecanismos de regulação. Foi possível verificar qual a expressão temporal dos genes obtidos através da sua correlação e que tipo de interacção proteína-proteína existia entre os diversos genes. A meta-análise dos vários estudos de expressão de genoma utilizados neste trabalho, faz com que este trabalho seja único e original, pois tal tipo de análise nunca foi realizada no contexto de tentar encontrar “novos” genes que estejam ligados ao desenvolvimento cardíaco. Este trabalho permitiu elucidar os diferentes aspectos do desenvolvimento e recuperação cardíaca e que genes podem estar envolvidos nesse processo. Através deste trabalho também foi possivel identificar, com algum grau de confiança, alguns genes potencialmente importantes e que ainda não foram completamente associados ao desevolvimento cardíaco, tal com é o caso dos genes Meis1, Smyd1 ou Zfpm2 e providenciou muitos outros indicadores para possíveis futuras experiências laboratoriais. A combinação dos diversos microarrays foi um passo importante para compreender melhor os diferentes aspectos que estão envolvidos intrinsecamente com o desenvolvimento cardíaco e a medicina regenerativa. A sua posterior combinação com as redes de interação entre os genes levou a uma melhor interpretação dos resultados, possibilitando a compreensão do funcionamento temporal e como interagem entre si.
Description
Dissertação de mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2013
Keywords
Ciências biomédicas Coração Desenvolvimento Células estaminais embrionárias Cardiomiocitos