Construção e análise da rede integrada de interações entre genes humanos envolvida com a regulação da trnsição G1/S do ciclo celular plea adesão à matriz extracelular

Abstract

Virtualmente, todas as células normais, com exceção das células hematopoieticas, precisam estar aderi das à matriz extracelular para que elas possam se proliferar. Na ausência de adesão, essas células não se proliferam mais e acabam sofrendo apoptose. Porém, após transformação oncogênica, as células adquirem a capacidade de proliferação na ausência de adesão à matriz extracelular. Essa capacidade, cuja base molecular está na regulação anormal da transição G tiS do ciclo celular pela adesão, é uma das propriedades fundamentais das células cancerosas e também requisito para que essas células adquiriam sua capacidade metastática. Como as metástases correspondem a aproximadamente 90% das mortes por câncer, a elucidação dos mecanismos moleculares subjacentes à regulação da transição G IIS do ciclo celular pela adesão à matriz extracelular é, portanto, essencial para o desenvolvimento de drogas que possam inibir a formação das metástases. Com o intuito de elucidar esses mecanismos, nós adotamos neste trabalho uma abordagem estritamente computacional baseada em teoria das redes e aprendizado de máquina através do desenvolvimento de novos métodos de (i) construção de redes que representam a provável regulação entre dois diferentes processos (nesse caso, regulação da transição G l/S pela adesão à matriz extracelular), (á) predição de interações oncogênicas, (iii) determinação de sub-redes de vias de sinalização oncogênica entre dois genes de interesse em uma rede (batizado de graph2sig) e (iv) predição de potenciais alvos de drogas. A rede potencialmente envolvida na regulação da transição G l/S do ciclo celular pela matriz extracelular construída (Gccam) possui ~ 2000 genes e ~ 20.000 interações e representa ~ 78% dos processos biológicos conhecidamente envolvidos nessa regulação...

Virtually all normal cells, excluding the hematopoietic cells, require anchorage to the extracellular matrix for their proliferation and survival. When such cells are deprived of anchorage, they arrest in the G1 phase of the cell cycle and eventually undergo apoptosis. Cancer cells, on the other hand, acquire the ability to perform anchorage-independent proliferation as a result of the disruption of the regulation of the G1/S cell cycle transition by adhesion to extracellular matrix. Anchorage-independent proliferation is the foundation for tumorigenicity and metastatic capability of cancer cells. As metastases are the cause of 90% of human cancer deaths, it is crucial to decipher the molecular mechanisms underlying the regulation of the G1/S cell cycle transition by the adhesion to extracellular cell matrix. In order to decipher such mechanisms, we developed in this present work machine learning and graph theory-based computational methods for the (i) construction of networks representing the regulatory relationships between two biological processes of interest, (ii) prediction of oncogenic interactions, (iii) extraction of oncogenic signaling subnetworks between two genes and (iv) prediction of druggable genes. The network representing the regulatory relationships between G1/S cell cycle transition and adhesion to extracellular matrix, Gccam, is comprised by 2,000 genes and 20,000 interactions. Moreover, 78% of known biological process involved in the regulation of G1/S cell cycle transition by adhesion to extracellular matrix are embedded in Gccam. Through the prediction of oncogenic interactions and the extraction of oncogenic signaling subnetworks between EGFR and CDC6, genes that encode proteins likely to be relevant to anchorage-independent proliferation, we postulate the following hypotheses for the molecular mechanisms underlying the anchorage-independent proliferation: cancer... (Complete abstract click electronic access below)