Biorąc pod uwagę miliony przypadków raka pęcherza moczowego (BC) na całym świecie, alarmujące jest zapotrzebowanie na narzędzia zapewniające terminową diagnozę tej choroby. Naukowcy wykorzystali niedawno geny związane z mitochondriami (MRG), o których wiadomo, że biorą udział w rozwoju chorób, do zbudowania nowego modelu diagnostycznego z wykorzystaniem uczenia maszynowego (ML).
Wyniki opublikowano w Raporty naukoweCo wskazuje, że potencjał tego modelu czeka na dalszą walidację.
Pobyt: Przewidywanie uczenia maszynowego nowego modelu diagnostycznego wykorzystującego geny związane z mitochondriami u pacjentów z rakiem pęcherza moczowego. Źródło obrazu: mi_viri/Shutterstock.com
Rak pęcherza
Rak pęcherza występuje trzy do czterech razy częściej u mężczyzn niż u kobiet, co czyni go szóstą najczęstszą przyczyną raka u mężczyzn. Choroba ta jest spowodowana głównie paleniem tytoniu i narażeniem na niektóre przemysłowe chemikalia i zwykle dotyka mężczyzn w średnim i starszym wieku.
Chociaż rak pęcherza moczowego występuje częściej w populacjach rozwiniętych, pomimo postępu medycyny, rokowanie w jego przypadku pozostaje stosunkowo złe. Doprowadziło to do opracowania lepszych narzędzi diagnostycznych, modeli diagnostycznych i lepszych podejść terapeutycznych.
Mitochondria, organelle subkomórkowe odpowiedzialne za produkcję energii, kontrolują metabolizm komórkowy i regulują kluczowe procesy komórkowe, takie jak apoptoza, sygnalizacja i poziom jonów wapnia.
Komórki nowotworowe, które wymagają dużo energii, w większości korzystają z glikolizy – mniej wydajnej ścieżki beztlenowej – w przeciwieństwie do normalnych komórek, które opierają się na fosforylacji oksydacyjnej, bardziej wydajnej drodze tlenowej, która może wytworzyć do 15 razy więcej energii.
Ta różnica w produkcji energii jest częścią „efektu Warburga”, w którym nieprawidłowa funkcja mitochondriów prowadzi do zmiany metabolizmu w komórkach nowotworowych. Na przykład dysfunkcja mitochondriów może uniemożliwiać komórkom nowotworowym apoptozę, umożliwiając im przeżycie i rozprzestrzenianie się.
Ponadto nieprawidłowości mitochondrialne mogą powodować stres oksydacyjny składników komórkowych, takich jak DNA i białka, co zwiększa ryzyko raka, nadaje oporność na leczenie raka i sprzyja wzrostowi nowotworu.
„Biorąc pod uwagę ważną rolę, jaką odgrywają MRG w rozwoju BC, ważne jest badanie przesiewowe nowych biomarkerów opartych na MRG u pacjentów z BC„.
Uczenie maszynowe stanowi część arsenału sztucznej inteligencji (AI), która identyfikuje wzorce i wiedzę na podstawie surowych danych bez podawania im szczegółowych instrukcji.
Pozwala to systemowi przewidywać, klasyfikować i rozpoznawać trendy, które mogą obejmować wzorce transkrypcji związane z nowotworem. W bieżącym badaniu naukowcy starali się wykorzystać siłę uczenia maszynowego w transkryptomice, aby zbudować nowy model diagnostyczny BC w oparciu o MRG.
Co wykazało badanie?
Naukowcy przeanalizowali 165 próbek raka pęcherza moczowego (BC) i 67 próbek kontrolnych, aby zbadać zróżnicowaną ekspresję genów związanych z mitochondriami (MRG). Zidentyfikowali 752 MRG o zróżnicowanej ekspresji, z których 440 wykazywało zwiększoną ekspresję, a reszta – zwiększoną.
Geny te są znacząco zaangażowane w szlaki komórkowe związane z embriogenezą, losami komórek, regulacją transkrypcji, chorobami neurodegeneracyjnymi i zaburzeniami tkanki mięśniowej.
Analiza zidentyfikowała około 50 cech związanych z urodzeniem i ograniczyła się do 13 interesujących genów. Wśród nich głównymi celami okazały się białko 3 oddziałujące z TRAF3 (TRAF3IP3), supresor wzrostu wywołany stresem oksydacyjnym (OXSM), N-mirystoilotransferaza 1 (NMT1) i glutaredoksyna 2 (GLRX2). W szczególności GLRX2 jest ważny dla utrzymania homeostazy redoks w mitochondriach, pomagając w kontynuowaniu normalnych procesów komórkowych bez uszkodzeń oksydacyjnych.
Wzory ekspresji GLRX2, NMT1, OXSM i TRAF3IP3 wykazały oczywiste różnice między próbkami BC i kontrolami, osiągając 90% skuteczność różnicowania. Poziom GLRX2, NMT1 i OXSM był znacząco podwyższony w BC, podczas gdy TRAF3IP3 był znacząco obniżony.
Wyniki te były spójne w dwóch dodatkowych zestawach danych, co wykazało, że model ten odróżnia BC od próbek kontrolnych skuteczniej niż indywidualne biomarkery genetyczne.
Ponadto w badaniu zbadano, gdzie te geny ulegają największej ekspresji i ustalono, że różne szlaki odpornościowe i komórki w mikrośrodowisku guza różnie reagowały na zmiany w regulacji genów. Na przykład wyższe poziomy aktywowanych naturalnych zabójców (NK) i komórek plazmatycznych były powiązane ze zwiększoną ekspresją GLRX2.
Ekspresja NMT1, która jest znacząco zwiększona w kilku liniach komórkowych BC, koduje białko ważne dla modyfikacji białek i sygnalizacji, które może nasilać interakcje komórek nowotworowych z macierzą zewnątrzkomórkową, co jest kluczowym procesem w przerzutach raka. Co ciekawe, supresja NMT1 ograniczała wzrost komórek BC, co sugeruje jego rolę w progresji BC.
Wnioski
Pojawienie się transkryptomiki i uczenia maszynowego w modelach diagnostyki nowotworów nadało impuls do poszukiwań dokładnej i wczesnej diagnostyki BC bez konieczności wykonywania inwazyjnych i bolesnych biopsji. To podejście do uczenia maszynowego może pomóc w tworzeniu spersonalizowanych planów diagnostyki i leczenia w oparciu o wybór biomarkerów.
Może także przyspieszyć decyzje i zwiększyć efektywność. Wreszcie może pomóc w zrozumieniu procesu rozwoju nowotworu dzięki wglądowi w podstawową biologię nowotworu.
W bieżącym badaniu zidentyfikowano cztery geny (GLRX2, NMT1, OXSM i TRAF3IP3) umożliwiające diagnozę BC. Są one zintegrowane z modelem diagnostycznym. Stwierdzono również, że odgrywają one ważną rolę w rozwoju BC. Konieczne są dalsze badania, aby potwierdzić te ustalenia na bardziej zróżnicowanej próbie.
„Nasze odkrycia mogą zwiększyć dokładność i wiarygodność diagnozy BC, przyczyniając się do bardziej spersonalizowanych i skutecznych interwencji medycznych dla pacjentów w przyszłości.„.
„Chcę być miłośnikiem telewizji. Certyfikowany entuzjasta popkultury. Stypendysta Twittera. Student amator.”
More Stories
TRUE NORTH uruchomiła nową platformę marki „Life's Different After” w ramach kampanii Today the Brave
Pomiar mowy ciała Wiadomości o Mirażu
W trakcie testu | Rower Giant Revolt 2025 ma dodatkowe schowki w dolnej rurze i twierdzi, że zapewnia większy komfort