Forskare vid Broad Institute of MIT och Harvard har tagit Connectivity Map-en mycket använd resurs av verktyg och data-till nya höjder med en massivt uppskalad version. För denna nya plattform, forskarna har också förbättrat dess tillgänglighet för det vetenskapliga samfundet, möjliggör studier av små molekyler och genfunktion och informerar kliniska prövningar.

Anslutningskartan, eller CMap, är en funktionell referensdatauppsättning för det mänskliga genomet som förbinder gener, läkemedel, och sjukdomstillstånd genom vanliga mönster för genaktivitet, känd som genuttryckssignaturer. Den ursprungliga versionen av CMap inkluderade bara några hundra genuttrycksprofiler i några få cellinjer, produceras med kostsamma DNA -mikroarrayer. Breda forskare har nu utvecklat en billig kostnad, hög genomströmningsmetod för genuttryck, varvid uttrycket av en delmängd av gener mäts, och uttrycket av återstående icke-uppmätta gener beräknas beräknat. Den här metoden, kallas L1000, tillät Broad -teamet att utöka den befintliga CMap med mer än 1, 000-faldigt, vilket gör det till en mycket mer omfattande och användbar resurs för det vetenskapliga samfundet.

Arbetet beskrivs i 30 november -numret av Cell .

Innehåller mer än 1,3 miljoner profiler av genuttryck och utvecklade genom NIH LINCS -konsortiet, denna "nästa generations" CMap kan utforskas av forskare runt om i världen genom en ny molnbaserad analysmiljö, tillåter dem att funktionellt kommentera genetiska varianter av sjukdomsgener, upptäcka verkningsmekanismen för okarakteriserade små molekyler, och generera nya terapeutiska hypoteser.

"Den utökade anslutningskartan är ett exempel på nya riktningar inom genomforskning. Vi är glada över att se att våra data och verktyg redan används av forskare inom akademin och industrin, att stödja grundläggande vetenskap och upptäckt av läkemedel, "sa Todd Golub, senior författare till studien och vetenskaplig chef för Broad, där han också är chef för institutets cancerprogram. "Det är troligt att data och verktyg kommer att användas på sätt som vi inte ens har föreställt oss, och vi hoppas att användarna hjälper oss att förbättra verktygen och göra CMap ännu mer användbart när vi fortsätter att expandera resursen. "

Nyttan av pilotversionen av CMap begränsades av dess lilla storlek. CMap-forskare visste att för att bygga en verkligt omfattande resurs som kan ge mekanisk och kretsnivå biologisk insikt, de skulle behöva kraftigt utöka kompendiet med många kemiska och genetiska störningar i olika celltyper.

Eftersom det skulle bli för dyrt att använda mikroarrayer eller till och med RNA -sekvensering, CMap -teamet utvecklade en ny profileringsmetod som kallas "L1000". Istället för att profilera uttrycket för varje proteinkodande gen i genomet, metoden genererar en genomskådning av uttrycket genom att mäta aktiviteten 1, 000 "landmärke" -gener och med hjälp av dessa mätningar för att härleda aktiviteten hos de flesta icke-uppmätta gener. Forskarna analyserade befintliga data om genuttrycksmönster för att välja de landmärkesgener som kan fungera som korrekta representanter för hela transkriptomen.

Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för laget att dramatiskt öka omfattningen av experimentet så att CMap nu innehåller mer än 1 miljon genuttrycksprofiler från flera cellinjer behandlade med kemiska eller genetiska störningar. Jämfört med de 164 läkemedel som profilerades i CMap -piloten, den nya datamängden innehåller uttrycksprofiler från celler behandlade med 42, 080 störningar, inklusive små molekylläkemedel, verktygsföreningar, och ooptimerade föreningar med tidigare okända verkningsmekanismer.

För att visa resursens användbarhet, laget visade framgångsrikt att CMap kan hjälpa till att förutsäga hur en liten molekyl eller ett läkemedel fungerar, som kan påskynda läkemedelsupptäckten. Om uttrycksprofilen för celler som störs av en liten molekyl matchar uttryckssignaturen från celler som störs med föreningar med känd funktion, det tyder på att den lilla molekylen kan fungera genom samma cellulära väg och ger forskare ett experimentellt försprång när de undersöker funktionen av ostudierade föreningar eller potentiella terapier.

Teamet visade också att CMap kan hjälpa forskare att upptäcka föreningar med specifika, önskade aktiviteter. I ett fall de använde den för att upptäcka en förening som hämmar kaseinkinas 1 alfa, ett protein som är involverat i vissa leukemier och som också ger resistens mot en klass av lungcancerläkemedel som kallas EGFR -hämmare.

Detta understryker kraften i den utökade anslutningskartan som en värdefull utgångspunkt för upptäckt av läkemedel.

I ett test av CMaps potential att informera klinisk forskning, forskarna analyserade tumörprover som erhållits före och efter behandling från cancerläkemedelsförsök. Resultaten visade förändringar i tumörcellernas mönster av genaktivitet på grund av cancerterapi, och jämförelse med CMap -störningar föreslog inblandning av kända läkemedelsresistensvägar.

Anslutningskartan kureras ständigt med ny data som genereras av det breda teamet. Den nya versionen innehåller uttryckssignaturer från föreningar som tidigare har studerats, men också de som ännu inte har karaktäriserats.

Alla data och verktyg är nu tillgängliga i en analysbaserad analysmiljö som utvecklats av breda forskare och kallas CLUE, som CMap -teamet uppmuntrar användare att komma åt och utforska. CMap -teamet planerar att utöka resursen till att inkludera fler celltyper, fler störningar, och fler typer av data, inklusive proteomiska och cellulära bilddata.

Nästa generations CMap möjliggjordes genom nära samarbete mellan CMap -teamet, andra medlemmar i NIH LINCS -konsortiet, och flera andra grupper vid Broad Institute, inklusive Center for the Development of Therapeutics (CDoT), den genetiska störningsplattformen, PRISM -teamet, och Proteomics -plattformen.

"Denna insats var bara möjlig med den kombinerade expertisen från många breda program och plattformar, kräver otroligt mycket lagarbete, "sa Aravind Subramanian, en första författare av tidningen tillsammans med bredforskare Steven Corsello och Rajiv Narayan. "Vår strävan är att CMap blir en rutinmässig del av läkemedelsupptäckten, ge användbara ledtrådar när mål och molekyler passerar genom de olika stadierna av terapeutisk utveckling. Vi är glada över att kunna dela resultaten av våra ansträngningar med det vetenskapliga samfundet. Viktigt, vi är inte klara ännu - vi bjuder in drogjägare från akademin och industrin att använda resursen och kontakta oss med din feedback. "