“信息论”被招募来帮助科学家发现癌症基因

使用一个广为人知的数学领域设计主要研究数字和其他形式的信息是如何被衡量的,存储和共享,约翰霍普金斯医学和约翰霍普金斯大学的科学家Kimmel癌症中心称他们已经发现了一个可能的关键基因的罪魁祸首急性淋巴细胞白血病(ALL)的发展。

ALL是儿童白血病中最常见的一种，仅在美国每年就有大约3000名儿童和青少年罹患ALL。

特别是，约翰霍普金斯队使用了“信息理论“应用依赖于零的串和符号的分析 - 计算机语言和代码共同的符号的二进制系统 - 以识别特定过程的变量或结果。在人类癌症生物学的情况下，科学家专注于化学品过程中细胞称为DNA甲基化，其中某些化学基团附着于引导基因的基因区域开/关开关。

“这项研究展示了癌症的数学语言如何帮助我们理解细胞应该如何行为，以及这种行为的改变如何影响我们的健康，”安德鲁·范伯格(Andrew Feinberg)说，他是医学博士，公共卫生学硕士，约翰·霍普金斯大学医学院布隆伯格杰出教授，怀廷工程学院和彭博公共卫生学院。作为癌症表观遗传学领域的创始人，范伯格在20世纪80年代发现了癌症中的DNA甲基化改变。

Feinberg和他的团队说，使用信息论来发现癌症驱动基因可能适用于各种癌症和其他疾病。

甲基化现在被认为是一种在不改变细胞遗传密码的情况下改变DNA的方法。当甲基化在这种表观遗传现象中出错时，某些基因就会异常地开启或关闭，从而引发不受控制的细胞生长或癌症。

“大多数人都熟悉DNA的基因变化，即改变DNA序列的突变。这些突变就像组成句子的单词，而甲基化就像句子中的标点符号，在我们阅读时提供停顿和停顿，”范伯格说。为了寻找一种新的、更有效的方式来阅读和理解由DNA甲基化改变的表观遗传密码，他与约翰·霍普金斯大学电子和计算机工程系教授约翰·古西亚斯博士和迈克尔·科尔多布斯基博士合作。他是约翰霍普金斯金梅尔癌症中心的儿科肿瘤学家和肿瘤学助理教授。

“我们希望使用这些信息来识别推动癌症发展的基因，即使他们的遗传代码不突变，”Koldobskiy说。

由Feinberg, Koldobskiy和Goutsias领导的研究结果于4月15日发表自然生物医学工程。

Koldobskiy解释说，特定基因位置处的甲基化是二进制 - 甲基化或无甲基化 - 并且零系统可以代表这些差异，因为它们用于代表计算机代码和指示。

在这项研究中，约翰霍普金斯大学的研究小组分析了31名新近被诊断为ALL的儿童的骨髓样本中的DNA。这些儿童来自约翰霍普金斯医院和德克萨斯儿童医院。他们测定了DNA序列，以确定是哪一种基因,穿过整个基因组，被甲基化，而没有。

Koldobskiy说，新诊断的白血病患者体内有数十亿个白血病细胞。

通过分配0和1甲基化的基因代码片段或unmethylated并利用信息理论和计算机程序的概念认识的甲基化模式,科学家们能够找到一致的基因组甲基化区域的白血病患者和那些没有癌症。

他们还发现，与正常基因组相比，白血病细胞中的基因组区域被更随机地甲基化，这向科学家发出了一个信号，即与正常基因组相比，这些斑点可能与白血病细胞特异性地相关。

一个名为UHRF1的基因在白血病细胞的DNA甲基化与正常基因组不同的其他基因区域中脱颖而出。

“发现这一基因是一个很大的惊人，因为它的前列腺和其他癌症的联系已经提出，但从未被确定为白血病的司机，”费因伯格说。

在正常细胞中，UHRF1基因的蛋白质产物在DNA甲基化和DNA包装之间产生生化桥，但科学家们没有精确地破解基因的改变如何为癌症有助于癌症。

约翰霍普金斯大学研究小组的实验表明，实验室培养的白血病细胞缺乏UHRF1基因的活性，不能自我更新，并使其他白血病细胞永久存在。

Koldobskiy说:“白血病细胞的目标是存活，而确保存活的最好方法是改变许多基因组区域的表观遗传学，这样无论什么试图杀死癌症，至少有一些会存活下来。”

所有是最常见的儿科癌症，Koldobskiy说，几十年对各种治疗和这些治疗顺序的研究已经帮助临床医生治愈了大部分白血病，但复发疾病仍然是儿童癌症死亡的主要原因。

“这种新方法可以导致更合理的方式来定位驱动这一点和可能许多其他形式的改变的改变癌症”,Koldobskiy说。

约翰霍普金斯团队计划使用信息理论来分析其他癌症的甲基化模式。他们还计划确定URFH1中的表观遗传改变是否与儿童患者的治疗抵抗和疾病进展相关联白血病。

---

---