Estudo da diversidade tumoral e desenvolvimento de ferramentas de bioinformática para análise citogenética e molecular de neoplasias sólidas

A progressão das neoplasias sólidas é um processo complexo, não segue uma seqüência universal e é caracterizada pela marcada heterogeneidade tumoral na ocasião do diagnóstico. Anormalidades cromossômicas, mutações somáticas e alterações epigenéticas estão entre as principais alterações celulares decorrentes da instabilidade do genoma destas neoplasias. Essa instabilidade tem importantes implicações clínicas, pois impõe dificuldades ao desenvolvimento de novos biomarcadores tumorais, tais como a baixa recorrência de mutações somáticas causalmente relacionadas ao desenvolvimento do câncer e a grande diversidade amostral. Neste trabalho estudamos alterações citogenéticos e moleculares com objetivo de caracterizar padrões de diversidade tumoral. Os resultados demonstraram que a diversidade cariotípica é específica para cada tipo de tumor e que os tumores de menor diversidade apresentam estatísticas populacionais com melhor sobrevida (79 tipos de tumores; n=12787). Além disso, desenvolvemos novos métodos computacionais baseados na teoria da informação com objetivo de mapear a diversidade de expressão gênica dos mecanismos de estabilização do genoma. Os resultados obtidos sugerem que redes de genes de apoptose e do sistema de reparo por excisão de nucleotídeos estão funcionalmente alteradas em neoplasias sólidas, com aumento da diversidade de expressão gênica e diminuição da abundância de transcritos (14 tipos de tumores; n=492). A implicação deste achado é que ele fornece evidências em favor da instabilidade genômica ao nível dos nucleotídeos, um tipo de disfunção que causa aumento da taxa de mutação somática e que está caracterizada apenas em modelos teóricos e experimentais ou em raros casos de desordens hereditárias. Por fim, a padronização dos métodos computacionais desenvolvidos resultou em duas patentes de invenção (aplicadas ao diagnóstico/prognóstico de neoplasias sólidas) e em dois produtos tecnológicos na forma de programas de computador distribuídos com licença de código aberto (aplicados ao estudo da diversidade citogenética e molecular). Endereço de acesso: http://lief.if.ufrgs.br/pub/biosoftwares/The progression of solid tumors does not follow a universal sequence and it is characterized by marked tumor heterogeneity. Chromosomal abnormalities, somatic mutations and epigenetic alterations are among the major cellular changes associated to genome stability impairments, which contribute substantially to this heterogeneity. The cancer genome instability has important clinical implications, since it imposes technical problems for tumor biomarker development, such as the low recurrence of somatic mutations causally related to cancer and the great sample diversity. Here, we considered different types of cytogenetic and molecular changes in order to characterize different patterns of tumor diversity. The results showed that the karyotypic diversity is specific to each tumor type and that tumors with lower diversity present better population statistics – five-year survival rates (79 types of tumors, n = 12787). Furthermore, we developed new computational methods based on information theory concepts in order to map the diversity of gene expression networks of genome maintenance mechanisms. The results suggest that two gene expression networks - apoptosis and nucleotide excision repair (NER) - are functionally altered in solid tumors, with increased gene expression diversity and decreased transcript abundance (14 types of tumors; n=492). The implication of this finding is that it provides evidence in favor of genomic instability at nucleotide level, a type of dysfunction that can increase the somatic mutation rate, which is soundly characterized only in theoretical and experimental models, or in rare inherited disorders. Finally, the standardization of the computational methods developed here gave rise to two patents (applied to the diagnosis / prognosis of solid tumors) and two bioinformatics applications released under open source license (designed for cytogenetic and molecular diversity studies). Availability: http://lief.if.ufrgs.br/pub/biosoftwares