shkolakz.ru 1
АННОТАЦИЯ



диссертации Исабековой Асель Саниярбековны по теме « Структурно-функциональные свойства генов и микроРНК, ответственных за возникновение рака толстой кишки» на соискание ученой степени доктора философии (PhD) по специальности «6D060700 - Биология» (Молекулярная и клеточная биология)


Актуальность темы исследования.

Одно из актуальных направлений современной биологии является разработка молекулярных маркеров для диагностики опухолей разных локализаций. Определение рака на поздних стадиях является основной причиной высокой смертности от онкологических заболеваний. Рак толстой кишки входит в тройку самых распространенных онкозаболеваний во всем мире с высоким уровнем смертности. Ключевой проблемой является отсутствие методов ранней диагностики. Канцерогенез - сложный многоступенчатый процесс накопления генетических и эпигенетических нарушений. В большинстве случаях рак толстой кишки определяют на поздних стадиях с наличием множественных мутаций, вследствие чего определить последовательность нарушений очень трудно. Рак в 65-85% случаях возникает в следствии спорадических мутаций. В развитии болезни участвуют множество генов и один ген может участвовать в развитии нескольких онкозаболеваний, что также усложняет поиск селективных маркеров диагностики. В данной работе, анализируя накопленные в мире данные по раку толстой кишки, были предложены гены наиболее важные в развитии этого заболевания. На основе этих генов выявлены микроРНК, которые участвуют в их регуляции. Установление ключевых микроРНК в развитие рака толстой кишки, может стать основой для разработки молекулярных маркеров в диагностике этого заболевания.

Цель и задачи работы. Целью исследования является поиск генов и микроРНК, ответственных за развитие рака толстой кишки, изучение их структурно-функциональных характеристик, изучение особенностей взаимодействия между микроРНК и генами мишенями.

Задачи исследования.


    1. Определить гены, ассоциированные с развитием рака толстой кишки, и описать их характеристики.

    2. Определить микроРНК, ассоциированные с развитием рака толстой кишки, и описать их характеристики.

    3. Найти сайты связывания межгенных микроРНК с мРНК генов, ответственных за развитие рака толстой кишки, и изучить особенности их связывания.

4. Изучить распределение сайтов связывания микроРНК в 5'UTR, CDS, 3'UTR мРНК и выявить особенности взаимодействия микроРНК с вторичной структурой мРНК.

5. Изучить различия между сайтами связывания, предсказанными программами RNAhybrid, TargetScan и miRanda.

6. Изучить филогенетическую консервативность сайтов, расположенных в белок кодирующей последовательности мРНК.

Научная новизна исследования.

Впервые создана база данных 142 генов и 38 микроРНК, которые ассоциированы с развитием рака толстой кишки. Для определения важных микроРНК в онкогенезе рака толстой кишки была создана методика отбора сайтов связывания микроРНК на основе программы RNAhybrid. С помощью этой методики были предложены 185 ранее не описанных сайтов для 120 микроРНК, которые могут быть основными в регуляции генов, ответственных за развитие рака толстой кишки.

Создана новая классификация сайтов связывания по вкладу микроРНК в энергию гибридизации. Впервые было установлено, что во всех сайтах предсказанных программой RNAhybrid, микроРНК связываются с неспаренными нуклеотидами во вторичной структуре мРНК, которые служат основой для образования связи между микроРНК и мРНК.

Впервые сравнены программы RNAhybrid, miRanda и TargetScan по способности предсказывать сайты связывания с высокой комплементарностью и установлены недостатки программы TargetScan в выявлении таких сайтов.

Впервые установлена филогенетическая консервативность сайтов связывания микроРНК, локализованных в кодирующей области мРНК.


Теоретическая значимость исследования. В результате исследования предложены гены и микроРНК, ассоциированные с развитием рака толстой кишки, которые расширяют фундаментальные представления об этом заболевании. В работе показано наличие в геноме человека сайтов связывания микроРНК с высокой комплементарностью. На основе сайтов, отобранных по разработанной нами методике, были показаны отличия между программами RNAhybrid, TargetScan, miRanda.

Практическая ценность работы. Установленные in silico сайты взаимодействия микроРНК с мРНК могут быть основой для экспериментальных работ по верификации сайтов микроРНК. Введенная методика по отбору сайтов может быть использована для выявления сайтов с высокой комплементарностью. Полученные данные по микроРНК могут использоваться для разработки молекулярных маркеров в диагностике рака толстой кишки. Разработанная методика изучения филогенетической консервативности сайтов в кодирующей последовательности мРНК может применяться для подтверждения сайтов связывания микроРНК.

Основные положения, выносимые на защиту:

Созданная база данных по генам и микроРНК, ассоциированным с развитием рака толстой кишки, и их сайты взаимодействия пригодны для разработки молекулярных маркеров этого заболевания.

Геном человека содержит множество генов, которые имеют сайты связывания микроРНК с высокой комплементарностью. В 5'UTR, CDS и 3'UTR мРНК генов человека имеют сайты связывания микроРНК. Плотность сайтов микроРНК в 5'UTR в несколько раз выше, чем CDS и 3'UTR.

Существуют три вида сайтов связывания микроРНК с мРНК в зависимости от вклада микроРНК в энергию гибридизации: 5'-доминантный, 3'-доминантный сайты и сайты с центральным доминированием. Неспаренные нуклеотиды во вторичной структуре мРНК служат основой для образования связи между микроРНК и мРНК.

Сайты взаимодействия микроРНК с высокой комплементарностью, расположенные в CDS, имеют высокую филогенетическую консервативность.


Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 31 печатных работах, в том числе 1 статье в международном издании с импакт фактором и 1 статье принятой в журнал с импакт фактором, 1 статье цитируемой в Scopus, 12 статьях в республиканских научных журналах, 16 в тезисах международных конференций и симпозиумов.

Структура диссертации. Диссертация состоит из обозначений и сокращений, введения, литературного обзора, материалов и методов, результатов и обсуждения, включающего 3 подраздела, заключения и списка использованных источников из 350 наименований, содержит 29 таблиц и 13 рисунков и 1 приложение.


«6D060700 - Биология» (Молекулалық және клеткалық биология) мамандығы бойынша философия докторы (PhD) ғылыми дәрежесін алу үшін ұсынылған Исабекова Асель Саниярбековнаның «Тоқ ішек ісігінің дамуына жауапты гендер мен микроРНК-дың құрылыстық-қызметтік қасиеттері» атты диссертациясына


АННОТАЦИЯ


Зерттеу тақырыбының актуальділігі.

Қазіргі биологияның өзекті мәселелерінің бірі әртүрлі ісіктердің диагностикасы үшін молекулалық маркерлерді шығару. Ісіктерді соңғы кезеңдерінде анықтау онкологиялық аурулардан өлім дәрежесінің жоғары болуына себепші болып отыр. Тоқ ішек ісігі Әлемде ең кең таралған онкологиялық аурулар үштігіне кіреді және бұл ауру тудыратын өлім дәрежесі өте жоғары болып табылады. Негізгі мәселе ауруды алғашқы сатыларда анықтайтын диагностика әдістерінің жоқтығы. Канцерогенез күрделі көп сатылы генетикалық және эпигенетикалық бұзылыстардың жинақталуынан туындайтын ауру. Көпшілік жағдайда тоқ ішек ісігі көптеген мутациялармен соңғы кезеңдерде анықталады, соның әсерінен бұзылыстардың ретін анықтау өте күрделі. 65-85% жағдайда рак спорадикалық мутациялар әсерінен туындайды. Аурудың дамуына көп ген қатыса алады және бір ген көптеген онкологиялық ауруларға себепші бола алады, бұл да диагностикаға арналған селективті маркерлерді таңдауды қиындатады. Осы жұмыста әлемде тоқ ішек ісігі бойынша жинақталған материалдарды анализдеу арқылы ауруға жауапты басты гендер ұсынылды. Бұл гендер негізінде оларды реттейтін микроРНК анықталды. Тоқ ішек ісігінің дамуындағы кілт микроРНК-ларды анықтау бұл аурудың диагностикасы үшін молекулалық маркерлерді шығару үшін негіз бола алады.


Жұмыстың мақсаттары мен міндеттері. Зерттеудің мақсаты тоқ ішек ісігіне жауапты гендер мен микроРНК-ларды табу, олардың құрылыстық-қызметтік сипаттамаларын зерттеу, микроРНК мен нысана гендерінің арасында байланыстардың ерекшеліктерін анықтау.

Зерттеудің міндеттері.

1. Тоқ ішек ісігіне жауапты гендерді анықтау және оларды сипаттау.

2. Тоқ ішек ісігіне жауапты микроРНК анықтау және олардың қасиеттерін зерттеу.

3. Генаралық микроРНК-дың тоқ ішек ісігіне жауапты гендердің мРНК-мен байланысу сайттарын табу, олардың бір-бірімен байланысу ерекшеліктерін анықтау.

4. МикроРНК сайттарының мРНК-ның 5'UTR, CDS, 3'UTR-де кездесуін және микроРНК мен мРНК-ның екінші реттік құрылымымен байланысу ерекшеліктерін анықтау.

5. RNAhybrid, TargetScan и miRanda программаларымен табылған сайттардың айырмашылығын зерттеу.

6. Белок кодтайтын тізбекте орналасқан сайттардың филогенетикалық тұрақтылығын анықтау.

Зерттеудің ғылыми жаңалығы.

Алғаш рет тоқ ішек ісігіне жауапты 142 ген мен 38 микроРНК-дан тұратын мәліметтер базасы жасалды. Тоқ ішек ісігендегі маңызды микроРНК анықтау үшін бұл ісіктің дамуына жауапты гендердің негізінде RNAhybrid программасы арқылы микроРНК байланысу сайттарын таңдаудың методикасы жасалды. Бұл методика арқылы тоқ ішек ісігіне жауапты гендердің регуляциясында негізгі роль атқара алатын 120 микроРНК үшін бұрын зерттелмеген 185 сайт ұсынылды.

Гибридизация энергиясына микроРНК үлесі қарай байланысу сайттарының жаңа классификациясы енгізілді. Тұңғыш рет RNAhybrid программасы арқылы болжанған барлық сайттарда микроРНК мРНК-ның екінші реттік құрылымында бос нуклеотидтерімен байланыс орнататыны анықталды, бұл нуклеотидтер микроРНК мен мРНК арасында байланыс түзуге негіз болады.

Бірінші рет комплементарлығы жоғары сайттарды анықтау мүмкіндігіне байланысты RNAhybrid, miRanda мен TargetScan программалары салыстырылды және бұндай сайттарды табуда TargetScan программасының кемшіліктері анықталды.


МРНК-ның кодтайтын бөлігінде орналасқан сайттардың филогенетикалық тұрақтылығы тұңғыш рет анықталды.

Зерттеудің теоретиялық жаңалығы. Зерттеудің нәтижесінде тоқ ішек ісігінің дамуына қатысатын гендер мен микроРНК-лар ұсынылды, олар бұл ауру туралы фундаментальді түсініктерді кеңейтеді. Жұмыста адам геномында комплементарлығы жоғары микроРНК сайттарының бар екені көрсетілді. Біздің лабораторияда шығарылған методика бойынша таңдалған сайттар негізінде RNAhybrid, TargetScan, miRanda программаларының арасында айырмашылықтар көрсетілді.

Зерттеудің практикалық маңызы. In silico анықталған микроРНК мен мРНК арасындағы байланысу сайттары экспериментальдік жұмыстарға негіз бола алады. Сайттарды іріктеу үшін енгізілген методика комплементарлығы жоғары сайттарды анықтау үшін қолданылуы мүмкін. МикроРНК бойынша алынған мәліметтер тоқ ішек ісігінің диагностикасы үшін молекулалық маркерлерді шығару мақсатында пайдаланылуы мүмкін. мРНК-ның кодтайтын тізбегіндегі сайттардың филогенетикалық тұрақтылығын зерттеу үшін шығарылған әдіс микроРНК сайттарын растау үшін ұсынылады.

Қорғауға шығарылатын негізгі нәтижелер:

Тоқ ішек ісігінің дамуымен байланыстырылған гендер мен микроРНК бойынша құрастырылған мәліметтер базасы және олардың байланысу сайттары бұл аурудың молекулалық маркерлерін шығаруға қолданылуы мүмкін.

Адам геномында көптеген гендерде комплементарлығы жоғары микроРНК сайттары бар. Адам гендерінің мРНК-ның 5'UTR, CDS мен 3'UTR микроРНК байланысу сайттары бар. 5'UTR сайттардың тығыздығы CDS пен 3'UTR сайттардың тығыздығынан бірнеше есе жоғары.

МикроРНК мен мРНК байланысатын сайттардың гибридизация энергиясына микроРНК үлесіне қарай үш түрлі бар: 5'-доминантты, 3'-доминантты сайттар және орталық домининттылықпен сайттар.

CDS орналасқан комплементарлығы жоғары микроРНК сайттарының филогенетикалық тұрақлығы жоғары.

Публикации. Диссертацияның мазмұны 31 жұмыста көрсетілген, оның ішінде 1 мақала импакт факторы бар халықаралық басылымда және 1 мақала импакт факторы бар журналда, 1 мақала SCOPUS кіретін журналда, 12 мақала республикалық ғылыми журналдарда, 16 халықаралық конференциялар мен симпозиумдардың тезистарында жарық көрді.


Диссертацияның құрылымы. Диссертация белгілеулер мен қысқартулардан, кіріспеден, 3 тарауды құрайтын әдебиетке шолу, материалдар мен әдістер, нәтижелер мен талқылаудан және қорытынды мен 350 атаудан тұратын әдебиеттер тізіменен тұрады, құрамында 29 кесте, 13 сурет пен 1 қосымша бар.


ANNOTATION


for the dissertation of Issabekova Assel Saniarbekovna «Structural-functional properties of genes and microRNAs responsible for colon cancer development» for scientific degree doctor Philosophy (PhD) for the speciality «6D060700 - Biology» (Molecular and cellular biology)


Actuality of research.

One of the actual branch of current biology is developing molecular markers for different tumor diagnostics. Detection of cancer on late stage is main cause of high mortality because of cancer. Colon cancer one of third common widespread cancer in the World with high mortality rate. The main problem is absence of methods of early detection. Carcinogenesis – multistage process of accumulation of genetic and epigenetic abnormalities. Colon cancer diagnosed in late stage in majority cases with many mutation, consequently to define succession of abnormalities is very difficult. Cancer in 65-86% cases arise from sporadic mutation. In disease development take part many genes and one gene may involve in several cancer, that is complicate search of selective markers of diagnostics. In this research were suggested main genes in colon cancer development via analyzed data about this disease in the world. Based on these genes were identified microRNA involved in its regulation. Ascertainment key microRNAs in colon cancer development may be bases in design of molecular markers for diagnostic of this disease.

The purpose of PhD thesis is search of genes and microRNAs responsible for colon cancer development, study its structural and functional properties, study features of interaction between microRNA and target gene.


Aims of the research:

1. Identify genes associated with colon cancer development and reveal its characteristics

2. Identify microRNAs associated with colon cancer development and reveal its characteristics

3. Identify binding sites of intergenic microRNAs to mRNAs of gene involved in colon cancer development and study features of its binding.

4. To study microRNAs sites proportion in 5'UTR, CDS, 3'UTR of mRNA and interaction characteristics with second structure of mRNA.

5. To investigate differences of sites predicted by programs RNAhybrid, TargetScan и miRanda.


    1. To study phylogenetic conservation of sites localized in protein coding sequence.

Scientific novelty of research.

We first created database of 142 genes and 38 microRNAs that associated with colon cancer development. For identification main microRNAs in colon cancer oncogenesis methodology of microRNA site selection based on RNAhybrid program was created. By this methodology 185 unknown sites of 120 microRNAs were revealed that may be main in regulation of genes involved in colon cancer development.

New classification of binding sites according to microRNA contribution to hybridization energy was created. It was revealed that in all sites predicted by program RNAhybrid microRNAs bind to unpaired nucleotides in second structure of mRNA that play main role in microRNA and mRNA interaction creation.

Programs RNAhybrid, TargetScan and miRanda were compared by ability to predict binding sites with high complementarity and disadvantages of program TargetScan in identification of such sites were revealed.

Phylogenetic conservation of microRNA binding sites localized in protein coding region of mRNA was revealed.

Theoretical importance of research. As result of research, it was suggested genes and microRNAs associated with colon cancer development that supplement fundamental knowledge about this disease. MicroRNA binding sites with high complementarity in human genome were revealed. Based on identified sites it was show difference between RNAhybrid, TargetScan, miRanda programs.


Practical importance of research. Revealed in silico interaction sites of microRNA and mRNA may be used in experimental works of microRNA sites verification. Created site selection methodology may be used for identification of sites with high complementarity. Received data about microRNA may be useful in exploit of molecular markers in colon cancer diagnostics. Created methodology of investigation of sites phylogenetic conservation may be used for verification of microRNA binding sites.

Main results of research work:

Created database of genes and microRNAs associated with colon cancer development and its interaction sites is useful exploitation molecular markers of this disease.

Human genome contains many genes that have microRNA binding sites with high complementarity. 5'UTR, CDS and 3'UTR of human genes mRNA have microRNA binding sites. MicroRNA site density in 5'UTR is several times more than in CDS and 3'UTR.

It is three type of microRNA binding sites according to microRNA contribution to hybridization energy: 5'-dominate, 3'-dominate sites and sites with central domination. Unpaired nucleotides of second structure of mRNA are main in formation of bond between microRNA and mRNA.

MicroRNA biding sites with high complementarity located in CDS have high phylogenetic conservation.

Publication. PhD thesis content reflects in 31 publication and consists of 1 article in international edition with impact factor and 1 article accepted in journal with impact factor, 1 article in journal indexed in SCOPUS, 12 articles in republic scientific journals, 16 thesis in international conferences and symposiums.

PhD thesis structure. PhD thesis consists of mark and abbreviation, introduction, literature review, materials and methods, results and discussion, formatted 3 division, conclusion and list of reference of 350 denimination, contains 29 tables, 13 pictures and 1 supplement.