FACULDADE INFÓRIUM Diego Vinícius De Castro Pereira
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FACULDADE INFÓRIUM Diego Vinícius de Castro Pereira IDENTIFICAÇÃO E ANÁLISE DE REDE DE GENES ENVOLVIDOS NO CÂNCER DE PELE DE MELANOMA ATRAVÉS DE MINERAÇÃO DE TEXTO Belo Horizonte Fevereiro de 2016 Diego Vinícius de Castro Pereira IDENTIFICAÇÃO E ANÁLISE DE REDE DE GENES ENVOLVIDOS NO CÂNCER DE PELE DE MELANOMA ATRAVÉS DE MINERAÇÃO DE TEXTO Dissertação apresentada ao Programa de pós- graduação da Faculdade Infórium de Belo horizonte, como requisito parcial a obtenção do título de mestre em Tecnologia da Informação Aplicada à Biologia Computacional. Orientador: Dr. Fabiano Sviatopolk-Mirsky Pais Coorientador: André Luiz Sena Guimaraes Belo Horizonte Fevereiro de 2016 2 Diego Vinícius de Castro Pereira. Identificação e Análise de Rede de Genes Envolvidos no Câncer de Pele de Melanoma Através de Mineração de Texto. Dissertação apresentada ao Programa de pós- graduação da Faculdade Infórium de Belo horizonte, como requisito parcial a obtenção do título de mestre em Tecnologia da Informação Aplicada à Biologia Computacional. Aprovada em ___/___/___ pela banca constituída dos seguintes professores: ______________________________________________________ Prof. Dr. Fabiano Sviatopolk-Mirsky Pais – Infórium _____________________________________________________ Prof. ______________________________________________________ Prof. Belo horizonte, fevereiro 2016. Faculdade Infórium de Belo Horizonte Rua dos Timbiras 1532 – 30.140-061 – Belo Horizonte, MG Telefone (31) 2103-2103 – www.mestradoti.com.br 3 Dedico este trabalho ao meu pai Francisco de Assis Cota Aguiar e à minha mãe Dalvemídia Pereira Aguiar, meus amores, que apesar das dificuldades soube transmitir toda sua sabedoria e apoio constante. 4 AGRADECIMENTOS A DEUS, que todos os dias de minha vida me deu forças para nunca desistir. A faculdade Infórium, por ter me dado à oportunidade de aprimorar meus conhecimentos. Aos meus colegas de mestrado, pelos bons momentos que passamos juntos. Ao meu orientador. Professor Dr. Fabiano Sviatopolk-Mirsky Pais e coorientador André Luiz Sena Guimarães, pelo apoio e amizade, além da dedicação, competência e especial atenção nas revisões e sugestões, fatores fundamentais para a conclusão deste trabalho. Aos professores que destinaram parte de seu precioso tempo para participarem desta pesquisa, em especial Marcos Flávio Silveira Vasconcelos D’angelo e Eloá Santos. A todos os professores do mestrado que de alguma forma contribuíram para a minha formação. Aos familiares e amigos que sempre me incentivaram e apoiaram nessa jornada. A minha namorada Joyce (Bisnaguinha), pelo carinho, apoio, paciência e massagens. Aos acadêmicos Tiago Caldeira e Raimundo pelo apoio no desenvolvimento da pesquisa. 5 Toda a sabedoria vem do Senhor Deus, ela sempre esteve com ele. Ela existe antes de todos os séculos. Quem pode contar os grãos de areia do mar, as gotas de chuva, os dias do tempo? Quem pode medir a altura do céu, a extensão da terra, a profundidade do abismo? Quem pode penetrar a sabedoria divina, anterior a tudo? A sabedoria foi criada antes de todas as coisas, a inteligência prudente existe antes dos séculos! O verbo de Deus nos céus é fonte de sabedoria, seus caminhos são os mandamentos eternos (ECLESIÁSTICO 1: 1-5). 6 RESUMO O câncer é definido como uma enfermidade caracterizada pelo crescimento descontrolado das células. É apontado como uma das principais causas de morte no mundo. Existem vários tipos de cânceres, sendo os mais frequentes na população masculina próstata, pulmão, cólon e reto. Entre as mulheres são mais comuns: mama, cólon, reto e pulmão. Contudo, o câncer de melanoma cutâneo é um tipo de câncer que vem apresentando um dos maiores índices de crescimento na última década. O melanoma inicia-se nos melanócitos, os quais são células que produzem a melanina e que garantem a proteção contra os danos causados pela radiação ultravioleta (UV). O desenvolvimento do melanoma é resultado de alterações no DNA. O estudo sobre o funcionamento de diversos genes vem sendo auxiliado pelas ferramentas de bioinformática. O objetivo deste trabalho foi identificar genes que podem estar envolvidos no desenvolvimento e/ou manutenção do câncer de pele melanoma e realizar uma comparação com os genes envolvidos na manutenção de uma pele saudável, através de pesquisa bibliográfica, bancos de dados genômicos e, sobretudo, com a utilização de ferramentas de bioinformática. Para a identificação dos genes envolvidos ou potencialmente envolvidos que foram analisados quanto a sua relação com o melanoma, utilizou-se como referência artigos científicos, livros, dissertações e teses da base de dados Pubmed. Após a identificação dos genes, as interações entre eles foram mapeadas, e um escore referente a essa interação, foi definida através do banco de dados STRING (Search Tool for the Retrieval of Interacting Genes/Proteins). Com base nesse escore, os genes foram agrupados usando o algoritmo de classificação K-means. Os genes do grupo que obteve o maior escore foram chamados genes líderes. Os outros grupos foram classificados por “B”, “C”, “D” e assim sucessivamente, de acordo com a força do escore. O estudo foi complementado por uma análise topológica dessa interação com os softwares Cytoscape, enquanto uma análise ontológica foi realizada com o software BinGO. A analise realizada permitiu sugerir genes com forte interação para o câncer de pele melanoma. Os genes líderes sugeridos foram o TP53, porém os genes pertencentes aos grupos B, C, e D (AKT1, JUN, STAT3 e MYC) também apresentaram escore relevante e obtiveram destaque no trabalho. Para a pele saudável, os genes líderes sugeridos foram o UBC, porém os genes dos grupos B, C, e D (TP53, JUN, AKT1, CREBBP, EP300 e SRC) também apresentaram o escore relevante. Uma comparação entre os genes identificados para câncer de pele melanoma e os genes da pele saudável, também foi realizada, sugerindo genes 7 que podem estar ativos, silenciados, ou apresentando variações em suas funções para este tipo de câncer. Palavras chave: bioinformática; câncer; melanoma; genes; pele; líder (res). 8 ABSTRACT Cancer is defined as a illness characterized by the uncontrolled growing of cells. It is appointed as the main cause of deaths in world. There are several types of cancers, being the most frequents in the male population: prostate, lung, colon and rectum. Among the women are more common: breast, colon, rectum and lung. However, cancer of cutaneous melanoma is a type of cancer which is showing one of the highest factors of growing on the last decade. Melanoma is started on melanocytes that are the cells that produce melanin and that staff the protection against the damages caused by the UV radiation. The development of melanoma is result of alterations on genes. The study of working of these genes has been helped by bioinformatic's tools. The purpose of this work was identify genes that can make part of development and maintenance of the skin cancer melanoma and make a comparison with the genes that make part of maintenance of healthy skin, through bibliographic search, genomic databases and mainly through the utilization of bioinformatic's tools. To identify the genes that potentially make part of the development and maintenance of the skin cancer and that had an analysis on their relations with the melanoma were utilized as reference: scientific articles, books, compositions and theses of Pubmed database. After the genes identification, their interactions were mapped, and a score (which was named WNL - Weighted Number of Links) relative to this interaction, was defined through STRING database (Search Tool for the Retrieval of Interacting Genes/Proteins). Based on this score, genes were grouped through the K-means classification algorithm. Genes of the group with the highest WNL were named leader genes. The others groups were classified as "B", "C", "D" etc. according to WNL. The study was completed with an topologic analysis of this interaction with the software Cytoscape, while an ontological analysis was made with the software BinGO. The analysis allowed suggest genes with a strong interaction with the skin cancer melanoma. The suggested leader genes were TP53's, but genes that belong to groups B, C, and D (AKT1, JUN, STAT3 and MYC) have also shown relevant WNL and got emphasis in this work. Suggested leader genes on healthy skin were UBC, but the genes of groups B, C and D (TP53, JUN, AKT1, CREBBP, EP300 e SRC) have also shown relevant WNL. A comparison between genes identified on skin cancer melanoma and genes of healthy skin was also made, suggesting genes that can be actives, silent, or showing variations on their functions to this type of cancer. Keywords: bioinformatic, cancer, melanoma, genes, skin, leader (s). 9 LISTA DE ILUSTRAÇÕES LISTA DE ILUSTRAÇÕES FIGURA 1 - Estrutura da Pele Humana...................................................................21 FIGURA 2 - Subtipos de melanomas......................................................................28 FIGURA 3 – Sistema ABCD(E) para identificação de melanomas.......................31 FIGURA 4 – Resultados dos tipos de associações em uma análise na base de dados STRING..........................................................................................................35 FIGURA 5 - Organização da Pesquisa....................................................................44 FIGURA 6 – Mapa de interação dos genes potencialmente envolvidos no câncer de pele melanoma........................................................................................46 FIGURA