Επαναστόχευση φαρμάκων με τη χρήση δεδομένων υπογραφών διαφορικής γονιδιακής έκφρασης κυττάρων κακοήθους μελανώματος

Abstract

Το κακοήθες μελάνωμα είναι ένας τύπος καρκίνου που προκύπτει από τα μελανοκύτταρα, τα κύτταρα του δέρματος που είναι κυρίως υπεύθυνα για την παραγωγή της χρωστικής μελανίνης. Τα τελευταία χρόνια, τα περιστατικά μελανώματος έχουν σημειώσει σημαντική αύξηση στην εμφάνιση, ειδικά στους πληθυσμούς δυτικών χωρών. Η έγκαιρη ανίχνευση μπορεί να αντιμετωπιστεί με χειρουργική εκτομή, αλλά η καθυστερημένη ανίχνευση κακοήθους μεταστατικού μελανώματος παρουσιάζει πολύ κακή πρόγνωση, καθώς έχει αποδειχθεί ότι είναι ιδιαίτερα ανθεκτική στις υπάρχουσες θεραπείες, κυρίως λόγω της ιδιαίτερης και περίπλοκης βιολογίας της.

Πρόσφατες μελέτες έχουν συνβάλλει σημαντικά στην καλύτερη κατανόησή της υποκείμενης παθολογίας του κακοήθους μελανώματος και αυτή η γνώση μπορεί να αξιοποιηθεί προκειμένου να σχεδιαστούν νέες και πιο αποτελεσματικές θεραπείες. Δυστυχώς, η ανάπτυξη νέων φαρμακολογικών θεραπειών απαιτεί σημαντικό χρόνο και πόρους, με το μέσο κόστος έρευνας και ανάπτυξης, όπως και χρονικού περιθωρίου από την ανακάλυψη φαρμάκων και τον σχεδιασμό έως την κλινική εφαρμογή, συνεχώς να αυξάνεται.

Σε αυτό το μέτωπο, η επαναστόχευση φαρμάκων προσφέρει μια ταχύτερη επιλογή για την ανακάλυψη φαρμάκων, χρησιμοποιώντας υπολογιστικές προσεγγίσεις και διαθέσιμα δεδομένα, προκειμένου να εντοπίσει νέους στόχους και να εκχωρήσει νέους θεραπευτικούς ρόλους σε ήδη αναπτυγμένες και εγκεκριμένες φαρμακολογικές ενώσεις.

Σε αυτή την εργασία χρησιμοποιούνται μοριακές υπογραφές που προσδιορίζονται μέσω ανάλυσης γονιδιακής έκφρασης που προέρχονται από δεδομένα από πολλαπλές κυτταρικές σειρές μελανώματος, προκειμένου να ομαδοποιηθούν με βάση τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους και να δημιουργηθεί μια λίστα πιθανών ενώσεων που θα μπορούσαν να αντιστρέψουν αυτές τις υπογραφές, οι οποίες μπορούν επίσης να εξηγηθούν ως αναστροφή του καρκινικού φαινοτύπου, προκαλώντας κυτταρικό θάνατο. Ένας εκπρόσωπος από κάθε ομάδα κυτταρικών γραμμών μελανώματος εκτέθηκε σε φαρμακευτικές ενώσεις που ταυτοποιήθηκαν ως πιθανοί στόχοι για επαναστόχευση φαρμάκου. Οι ενώσεις εξετάστηκαν επίσης σε ζεύγη προκειμένου να προσδιοριστεί εάν μπορεί να αξιοποιηθεί ένα συνεργιστικό αποτέλεσμα. Η επιτυχία μετρήθηκε μέσω προσδιορισμού βιωσιμότητας των κυττάρων και μετά από στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων ανακαλύφθηκε ένας επαναστοχευμένος συνδυασμό φαρμάκων που παρουσιάζει πολλά υποσχόμενα χαρακτηριστικά, αποδεικνύοντας ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος να προταθούν ήδη υπάρχοντα φάρμακα ως θεραπείες για νέες ασθένειες.

Malignant melanoma is a type of cancer that arises from melanocytes, the skin cells that are mainly responsible for the production of pigment. In recent years, melanoma cases have seen a significant increase in occurrence, especially in western populations. Early detection can be managed by surgical incision, but late detection of malignant metastatic melanoma has a very poor prognosis since it has been proved to be highly resistant to existing treatments, mainly because of its peculiar and complex biology. Novel studies have contributed immensely to our better understanding of the underlying pathology of malignant melanoma and this knowledge can be leveraged in order to design new and more effective therapies. Unfortunately, development of novel pharmacological treatments is extremely time and resource consuming, with the average cost of R&D and time period, from drug discovery and design to clinical application, to be increasing. On this front, drug repositioning offers a fastest route to drug discovery, by employing computational approaches and available data, in order to identify new targets and assign new therapeutic roles to already-developed and approved pharmacological compounds. In this project, molecular signatures identified through gene expression analysis on data from multiple melanoma cell lines are used, in order to cluster cell lines based on their particular characteristics and create a list of possible compounds that could reverse these signatures, which can also be explained as reversing the cancer phenotype, inducing cell death. A representative from each melanoma cell line cluster was exposed to pharmaceutical compounds that were identified as potential targets for drug repositioning. The compounds were also tested in pairs in order to identify whether a synergistic effect can be leveraged. The success was measured via cell viability assays and after statistical analysis of the results we discovered a repositioned drug combination that exhibits promising features, proving that this approach can be an effective way to propose already existing drugs as treatments for new diseases.