Väitös tietojenkäsittelytieteen alalta, M.Sc. Maia Malonzo

Väitöskirjan nimi: Computational analyses of transcriptome and DNA methylation data

Tohtoriopiskelija: Maia Malonzo
Vastaväittäjä: Tohtori Reija Autio, Tampereen yliopisto
Kustos: Prof. Harri Lähdesmäki, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, tietotekniikan laitos

Geenien säätely on prosessi, jossa geenit joko ilmentyvät tai ne tukahdutetaan. Transkriptomianalyysi määrittää, mitä geenejä säädellään, kun taas epigenomin, esimerkiksi DNA-metylaation, analyysi määrittää miten geenejä säännellään. Tässä työssä teimme transkriptomi- ja DNA-metylaatioanalyysejä ymmärtääkseen paremmin kantasolujen säätelyä ja määrittääksemme biomarkkereita, kuten geenejä, joilla on tärkeä rooli ja joilla on diagnostista arvoa, kahdessa sairaudessa, Alzheimerin taudissa ja astmassa. 

Määrittääksemme POLR3G geenin roolia kantasolujen identiteetin ylläpidossa, suoritimme transkriptomianalyysin ja tunnistimme sekä koodaavia että ei-koodaavia geenejä, joita POLR3G säätelee. Vertailimme myös mikroRNA Let-7:n ja proteiinin LIN28 dynamiikkaa hiiren (mESC) ja ihmisen (hESC) alkioiden kantasoluissa ja havaitsimme, että aiempi oletus, jonka mukaan ne toimivat negatiivisessa palautesilmukassa, ei pidä paikkaansa hESC:ssä. 

Analysoimme DNA-metylaatiota kantasoluissa, joissa on kromosomipoikkeavuuksia, ja havaitsimme, että CAT-geeni, jonka tiedetään suojaavan soluja DNA-vaurioilta ja oksidatiiviselta stressiltä, on sekä tukahdutettu että hypermetyloitunut verrattuna normaaleihin kantasoluihin. DNA-metylaatiohäiriöitä analysoitiin myös Alzheimerin tautiin sairastumisen suhteen eroavien kaksosten verinäytteistä, ja havaittiin, että ADARB2-geeni oli eri tavoin metyloitunut sekä veri- että aivonäytteissä. Astmaa sairastavien lasten verinäytteiden DNA-metylaatioanalyysissä havaittiin, että geenit SMAD3, jonka tiedetään osallistuvan immuunivasteeseen, ja PTGDS, jonka on aiemmin todettu vaikuttavan astmaan, olivat eri tavoin metyloituneita. Väitöskirjan tulokset tarjoavat uutta tietoa molekyylitason mekanismeista kahdessa sairaudessa sekä tarjoavat biomarkkereita, joiden diagnostista potentiaalia voidaan selvittää seuraavissa tutkimuksissa. 

Kehitimme kaksi tilastollista työkalua bisulfiittisekvensointidatan analysointiin. LuxRep mahdollistaa teknisten toistonäytteiden analysoinnin, joiden bisulfiittikonversiotehokkuus on alhainen ja jotka yleensä jätetään pois, koska ne johtavat metylaatiotasojen yliarviointiin. LuxHMM on menetelmä, jolla määritetään eri tavoin metyloituneita alueita (DMR) käyttämällä Markovin piilomallia genomin segmentoimiseksi ja Bayesin regressiota metylaation eroavuuksien päättelemiseksi. Osoitimme, että LuxRep ja LuxHMM toimivat kilpailukykyisesti verrattuna muihin julkaistuihin menetelmiin.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/ 

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52

Zoom pikaopas: https://www.aalto.fi/fi/palvelut/zoom-pikaopas