Exploitation des caractéristiques génomiques de cancer pédiatrique dans le nuage

Thought LeadersDr. Jinghui ZhangChair, Department of Computational BiologySt. Jude Children's Research Hospital

Une entrevue avec M. Jinghui Zhang, conduit par Kate Anderton, BSC

Quelle est l'histoire de la recherche génomique à l'hôpital des recherches des enfants de St Judas ?

En 2007, avant l'avènement du prochain rétablissement ordonnançant, St Judas a employé des puces ADN pour caractériser la variation et le Sanger de numéro d'expression du gène et de copie ordonnançant pour recenser des mutations de séquence dans la leucémie. Les expériences, abouties par M. James Downing et M. Charles Mullighan, ont été considérées une découverte importante alors.

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En 2010, les études de génome ont réellement commencé à décoller autour du monde. St Judas a lancé un USD le projet $60 millions en collaboration avec l'université de Washington appelée le projet pédiatrique de génome de cancer (PCGP) pour vérifier les cancers pédiatriques importants avec des résultats très faibles utilisant le séquençage du génome entier.

Lorsque, seulement un génome humain de cancer avait été ordonnancé utilisant l'ordonnancement de la deuxième génération (NGS), et ceci était le génome d'AML. Quand nous avons lancé la première fois le projet, l'objectif était d'obtenir l'université de Washington pour faire l'ordonnancement, car ils étaient ceux qui avaient ordonnancé le génome d'AML et ainsi, a eu la technologie pour effectuer plus d'analyses.

Cependant, nous avons maintenant une équipe très intégratrice qui viennent de tous les domaines de cancérologie, des fils cliniques à St Judas travaillant à la leucémie, aux tumeurs solides et aux tumeurs cérébrales, aux chefs scientifiques dans ces endroits et biologistes de calcul qui fonctionnent à côté de eux.

La grande poussée à l'heure actuelle obtient le projet pédiatrique de génome de cancer complété. Mettez I en phase du projet, qui s'est concentré sur caractériser les horizontaux génomiques des cancers pédiatriques importants, a pris trois ans pour compléter, à partir de 2010-2013, puis transitioned à une orientation sur l'analyse de prédisposition de lignée germinale et à l'horizontal epigenomic entre 2013-2015.

Le projet a lieu maintenant dans sa troisième phase, et les efforts génomiques cliniques réels ont commencé. Les deux premières années (2015-2017), impliquées beaucoup de planification et développement de l'infrastructure de ordonnancement clinique, et extension de la recherche de lignée germinale pour comprendre les survivants à long terme du cancer pédiatrique. Nous commençons maintenant des tests cliniques en temps réel pour chaque patient à St Judas.

Quel est nuage de St Judas et que fournit-il à la communauté de la recherche globale ?

La recherche de St Judas a produit des caractéristiques significatives sur le cancer pédiatrique, et notre M. Downing et l'institution de Président dans son ensemble sont commis à partager des caractéristiques avec la communauté de la recherche plus grande. Toutes les caractéristiques de PCGP ont été téléchargées aux dépôts centralisés par public.

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Les scientifiques qui veulent les caractéristiques effectuent une demande, deviennent approuvés, et téléchargent les caractéristiques à leur propre infrastructure calculante locale. L'accès aux données a été accordé à 300 laboratoires de recherche en travers du monde.

Quel motivé nous pour développer le nuage de St Judas étaient la réalisation que télécharger des caractéristiques d'un dépôt public à une infrastructure calculante locale est un procédé long et seulement faisable pour des chercheurs avec l'accès à la grande infrastructure calculante.

Les données de système hôte sur le nuage de St Judas démocratiseront l'accès aux données et permettront à des scientifiques de se concentrer sur l'analyse novatrice de mise en oeuvre au lieu des caractéristiques de téléchargement. Les scientifiques peuvent atteindre des caractéristiques utilisant nos outils de visualisation et porter leurs propres outils au nuage effectuer l'analyse novatrice.

Quel choc pensez-vous St Judas que nuage a sur des soins aux patients ?

Le nuage de St Judas attire deux types principaux d'usager. On est des informaticiens et des biologistes de calcul qui sont intéressés en appliquant leurs outils d'analyse novateurs à nos ensembles de données et employer les caractéristiques pour effectuer des découvertes neuves. L'autre est les scientifiques de translation poursuivant des demandes de règlement et des tests diagnostique neufs.

Nos ensembles de données couvrent le génome entier, tellement là sont inévitablement des composantes du génome que nous n'avons pas exploré en détail encore. Quelqu'un avec un intérêt particulier de recherches peut utiliser le St Judas de caractéristiques a recueilli comme un point de départ pour une enquête neuve de recherches.

En outre, si un autre laboratoire trouve les mêmes mutations que nous faisons, elles peuvent combiner leurs caractéristiques avec le nôtre sur le nuage de St Judas, qui peut fournir la puissance statistique suffisante à l'aide des caractéristiques communes. Une conclusion statistiquement significative a pu guider le développement des demandes de règlement neuves et des techniques diagnostiques.

Mon rêve est que les chercheurs commenceront à partager des caractéristiques plus par habitude et la communauté scientifique peut travailler dans son ensemble. Comme j'ai dit, le cancer pédiatrique est très une maladie rare, et si nous ne partageons pas des caractéristiques, il sera très difficile d'avancer avec des protocoles de demande de règlement et de classifier des cancers plus en détail pour le médicament de précision.

Veuillez décrire votre recherche récente dans le domaine du cancer pédiatrique à St Judas.

Mon papier plus récent, publié en nature, concentrée sur des résultats d'une étude d'analyse de carter-cancer, qui a été effectuée en collaboration avec l'Institut national du cancer (NCI). Nous avons effectué des analyses de la taille du génome de signature de mutation sur presque 1.700 leucémies pédiatriques et tumeurs solides.

Avant que l'étude, nous n'ait pas compté voir une configuration saisissante en termes de signatures de mutation, parce qu'à la différence des adultes qui attrapent le cancer, des enfants ne sont pas exposés à beaucoup de facteurs de risque environnementaux pour le cancer, tel que la fumée de cigarette ou le rayonnement UV. Nous pour cette raison ne nous sommes pas attendus à ce que l'environnement soit un contributeur important.

Cependant, nous étions étonnés de trouver une signature UV dans huit leucémies aneuploïdes. Nous, cette observation s'est-elle alors demandée est-elle réelle ou est-elle juste une fortuite trouvant cela est-elle présente à ce groupe de patients du groupe de l'oncologie des enfants que nous avons échantillonné ?

Car nous avons seulement huit patients sortir de l'étude d'environ 300 cas, nous devrons reproduire l'étude dans une cohorte indépendante. Cependant, M. Scott Newman, fil de groupe pour l'analyse de bio-informatique à St Judas qui aboutit l'aspect scientifique du nuage de St Judas, exploré si nous pouvons employer les caractéristiques déjà en nuage de St Judas pour reproduire la signature UV nous a trouvé de la cohorte de DENT.

Nous sommes très satisfaisants pour voir que la signature UV a été reproduite. En outre, la réplication a été effectuée dans une cohorte analysée sur une plate-forme de ordonnancement qui est différente de cela utilisée dans l'étude de NCI, autre confirmant que la configuration n'est pas des corps étrangers de l'ordonnancement.

Par conséquent, nous avons maintenant reproduit les découvertes dans deux cohortes indépendantes, utilisant deux plates-formes de ordonnancement différentes, ainsi nous sommes très confiants au sujet des résultats. Une étude aiment cela, type, si vous essayiez de télécharger les caractéristiques, prendrait au moins une demi année, minimum ; considérant que calculer sur le nuage de St Judas prend une fraction de cette heure de compléter.

Quelle technologie aviez-vous l'habitude d'effectuer votre recherche ?

Il y a différents aspects à la technologie. Nous avons notre propre boîtier local de calcul haute performance, mais une plate-forme de nuage nous permet de tabuler dans encore de plus grands moyens calculants pour calculer de management d'intensif.

Pendant que St Judas démarre pour employer les résultats à partir de la génomique clinique pour le traitement, nous devons compléter l'analyse de caractéristiques dans une quantité déterminée d'heure. Par conséquent, nous devons surmonter le goulot d'étranglement de calcul qui nous retient de retour aux étapes spécifiques du traitement de données, et une des voies que ceci peut être fait est par technologie de nuage.

Nous commençons également à introduire les ensembles de données de profilage épigénétiques dans le nuage de St Judas. Nous pensons que ce sera très utile en interprétant les variantes de réglementation dans des régions de non-codage. Ce sont des endroits du génome humain qui ont été rarement caractérisés, actuellement.

Un autre endroit est architecture du génome 3D, regardant comment différentes régions sur le génome interactif. Ceci nous a réellement aidés à gagner une analyse dans les variantes de réglementation qui influencent les réseaux transcriptionnels dans le cancer.

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Comment la technologie change-t-elle la voie que la recherche est effectuée à St Judas et en travers du monde ?

Au cours de la dernière décennie, la technologie est devenue beaucoup plus accessible. Prise, par exemple, séquençage du génome. Dans le passé, seulement les grands centres de génome ont pu effectuer ordonnancer des analyses.

Maintenant, utilisant le nuage de St Judas, les petits laboratoires peuvent atteindre des ensembles de données énormes et pouvoir de calculer. S'ils envoient un spécimen à un laboratoire de référence, ils peuvent vérifier la qualité des caractéristiques et poser des questions sur la validité des résultats. Je pense, d'une certaine manière, la technologie a démocratisé ces analyses de la taille du génome d'une voie assimilée à la façon dont la pomme et le Microsoft rendent des ordinateurs accessibles au grand public.

Nous facilitons la capacité des scientifiques de banc d'atteindre des caractéristiques complexes d'une manière dont leur permet de s'appliquer la connaissance de domaine et leur analyse scientifique à la caractéristique qui est déjà à l'extérieur là. Ceci nous permet de brancher les points entre les scientifiques de calcul et de mettre hors jeu les scientifiques, qui sont actuel considérés deux entités indépendantes.

Nous espérons que, avec la plus grande accessibilité de ces analyses et plateformes informatiques, la bio-informatique deviendra intégrée et des scientifiques de banc peut contribuer à l'analyse de caractéristiques, quoiqu'ils puissent complet ne pas comprendre la technologie informatique derrière elle.

Que le contrat à terme retient-il pour votre équipe de recherche ?

L'étude de carter-cancer s'est concentrée sur le diagnostic du cancer, et a rechuté des cancers et comment l'évolution de total, du diagnostic à rechuter, encore n'a pas été entièrement élucidée.

Ce que nous voudrions faire maintenant est orientation davantage sur la façon dont les tumeurs évoluent dans le traitement médicamenteux. Si tout va bien, nous pouvons employer cette caractéristique pour développer les remèdes neufs pour les patients à haut risque qui rechutent, parce que c'est le goulot d'étranglement de soigner les malades du cancer pédiatriques.

Le deuxième endroit que nous travaillons en circuit étudie la santé générale des survivants à long terme du cancer pédiatrique. Ce fait partie d'une DURÉE appelée initiatique de St Judas, qui est aboutie par M. Les Robison à St Judas.

Le programme de DURÉE de St Judas suit longitudinalement des patients de St Judas durant toute leurs vies pour comprendre mieux les risques pour des effets secondaires plus tard dans la durée. L'objectif n'est pas simplement de guérir des patients présentant le cancer pédiatrique, mais de s'assurer également qu'ils ont une durée saine et productive.

Nous voulons comprendre les effets à long terme des traitements du cancer, et s'il est possible d'employer des caractéristiques génomiques pour recenser des patients au haut risque pour des effets secondaires toxiques de tard-étape. Nous espérons que les découvertes pourront aviser la future recherche, ainsi nous pouvons développer moins de traitements toxiques qui amélioreront la qualité de vie pour des chevreaux à l'avenir.

En conclusion, dans notre étude, nous avons seulement regardé la région codante du génome, qui égalise à environ 3 pour cent de tout le génome. Maintenant nous devons regarder les 97 pour cent de non-codage ADN et recenser des variantes.

C'est plus provocant que regardant des mutations de codage, parce que vous devez comprendre l'horizontal épigénétique du cancer pédiatrique pour pouvoir avoir une bonne évaluation de la variante de non-codage qui vous regardez.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

Au sujet de M. Jinghui Zhang

Jinghui Zhang, PhD, est un biologiste de calcul dont le travail se concentre sur l'analyse intégratrice des caractéristiques génomiques de grande puissance et multidimensionnelles pour comprendre l'amorçage et l'étape progressive des maladies.

Dans sa carrière tôt, M. Zhang a participé au développement de l'algorithme local fondamental très utilisé d'outil de recherche (BLAST) de cadrage et a abouti l'analyse de variation génétique du premier génome humain assemblé.

Le laboratoire de M. Zhang a développé les outils de calcul novateurs pour analyser et concevoir des variations génétiques et des mutations somatiques et a abouti la plus grande étude pédiatrique de carter-cancer en collaboration avec l'Institut national du cancer.

L'organisme de recherche de M. Zhang est principalement responsable d'analyser l'entier-génome ordonnançant des caractéristiques produites du projet pédiatrique de génome de cancer d'université de Hôpital-Washington des recherches des enfants de St Judas (PCGP).

Kate Anderton

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Kate Anderton

Kate Anderton is a Biomedical Sciences graduate (B.Sc.) from Lancaster University. She manages the editorial content on News-Medical and carries out interviews with world-renowned medical and life sciences researchers. She also interviews innovative industry leaders who are helping to bring the next generation of medical technologies to market.

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