Integrative Modeling of Transcriptional Regulation in Response to Autoimmune Desease Therapies

Hecker, Michael

Die rheumatoide Arthritis (RA) und die Multiple Sklerose (MS) werden allgemein als Autoimmunkrankheiten eingestuft. Zur Behandlung dieser Krankheiten werden immunmodulatorische Medikamente eingesetzt, etwa TNF-alpha-Blocker (z.B. Etanercept) im Falle der RA und IFN-beta-Präparate (z.B. Betaferon und Avonex) im Falle der MS. Bis heute sind die molekularen Mechanismen dieser Therapien weitestgehend unbekannt. Zudem ist ihre Wirksamkeit und Verträglichkeit bei einigen Patienten unzureichend. In dieser Arbeit wurde die transkriptionelle Antwort im Blut von Patienten auf jede dieser drei Therapien untersucht, um die Wirkungsweise dieser Medikamente besser zu verstehen. Dabei wurden Methoden der Netzwerkinferenz eingesetzt, mit dem Ziel, die genregulatorischen Netzwerke (GRNs) der in ihrer Expression veränderten Gene zu rekonstruieren. Ausgangspunkt dieser Analysen war jeweils ein Genexpressions- Datensatz. Daraus wurden zunächst Gene gefiltert, die nach Therapiebeginn hoch- oder herunterreguliert sind. Anschließend wurden die genregulatorischen Regionen dieser Gene auf Transkriptionsfaktor-Bindestellen (TFBS) analysiert. Um schließlich GRN-Modelle abzuleiten, wurde ein neuer Netzwerkinferenz-Algorithmus (TILAR) verwendet. TILAR unterscheidet zwischen Genen und TF und beschreibt die regulatorischen Effekte zwischen diesen durch ein lineares Gleichungssystem. TILAR erlaubt dabei Vorwissen über Gen-TF- und TF-Gen-Interaktionen einzubeziehen. Im Ergebnis wurden komplexe Netzwerkstrukturen rekonstruiert, welche die regulatorischen Beziehungen zwischen den Genen beschreiben, die im Verlauf der Therapien differentiell exprimiert sind. Für die Etanercept-Therapie wurde ein Teilnetz gefunden, das Gene enthält, die niedrigere Expressionslevel bei RA-Patienten zeigen, die sehr gut auf das Medikament ansprechen. Die Analyse von GRNs kann somit zu einem besseren Verständnis Therapie-assoziierter Prozesse beitragen und transkriptionelle Unterschiede zwischen Patienten aufzeigen.

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Hecker, Michael: Integrative Modeling of Transcriptional Regulation in Response to Autoimmune Desease Therapies. 2011.

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