Ανάδειξη βιοδεικτών και ανάπτυξη διαγνωστικών μοντέλων για τη σχιζοφρένεια με βάση δεδομένα του πρωτεoμικού προφίλ του ορού του αίματος

• Κύριος συγγραφέας: Μικρός, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Mikros, John
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Σχιζοφρένεια; Πρωτεομική; Μηχανική μάθηση; Μείωση διαστατικότητας; Βιοδείκτες; Ορός αίματος; Δίκτυα συν-έκφρασης; Schizophrenia; Proteomics; Machine learning; Dimensionality reduction; Biomarkers; Serum; Co-expression networks

Η σχιζοφρένεια αποτελεί μια πολύπλοκη και πολυπαραγοντική ψυχιατρική ασθένεια η οποία κατατάσσεται στους δέκα κυριότερους λόγους αναπηρίας και η οποία έχει συσχετιστεί με υπέρογκα ποσά περίθαλψης των ασθενών. Η ευτελής ποιότητα ζωής των πασχόντων και οι κοινωνικές επιδράσεις της ασθένειας καθιστούν αναγκαία τη μελέτη της, με στόχο την ανάδειξη του βιολογικού υπόβαθρου της. Η σχιζοφρένεια θεωρείται ασθένεια με ετερογενές βιολογικό υπόβαθρο με τις κυριότερες υποθέσεις να την αποδίδουν είτε σε εμφάνιση σφαλμάτων κατά τη φυσιολογική ανάπτυξη των νευρώνων του εγκεφάλου είτε σε αποτέλεσμα φλεγμονώδους αντίδρασης του οργανισμού. Η καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που σχετίζονται με την ασθένεια μπορεί να οδηγήσει τόσο στη δυνατότητα πρόγνωσης με βάση βιολογικές μετρήσεις όσο και στην ανάπτυξη νέων εξατομικευμένων θεραπειών. Έως σήμερα η διάγνωση της σχιζοφρένειας βασίζεται στην κατάλληλη αξιολόγηση από ψυχιάτρους. Η ανάγκη για ανακάλυψη βιοδεικτών που θα αποτελούν μέτρα για την πρόγνωση της ασθένειας έχει στρέψει την μελέτη της σχιζοφρένειας στη χρήση ομικών τεχνολογικών για τη λήψη των απαραίτητων δεδομένων προς ανάλυση. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι πρωτεoμικές έρευνες σε επίπεδο του ορού ή του πλάσματος του αίματος καθώς μπορούν να αναδείξουν βιοδείκτες οι οποίοι είναι εύκολο να ληφθούν με επαναληψιμότητα και μη-επεμβατικό τρόπο. Επίσης, όσον αφορά την τεχνολογία με την οποία λαμβάνεται το πρωτέoμα οι τεχνικές μη επισημασμένης, συζευγμένης φασματομετρίας μάζας έχουν μεγάλη αποδοχή στην ανάλυση βιοδειγμάτων λόγω του χαμηλού τους κόστους. Η παρούσα εργασία σχετίζεται με την ανάλυση πρωτεoμικών δεδομένων από τον ορό του αίματος ατόμων με διάγνωση σχιζοφρένειας και υγειών ατόμων, τα οποία έχουν ληφθεί με μη επισημασμένη, συζευγμένη φασματοσκοπική τεχνική υψηλής ευκρίνειας \cite{Butkova2020}. Στόχος της μελέτης ήταν η ανάδειξη βιοδεικτών από τη σύγκριση του πρωτεόματος των υγιών και των ατόμων με σχιζοφρένεια καθώς και η εκπαίδευση και αξιολόγηση ταξινομητών, με χρήση τεχνικών μηχανικής μάθησης, μέσω των οποίων προβλέπεται αν ένα άτομο πάσχει από σχιζοφρένεια με πληροφορία εισόδου το πρωτεομικό προφίλ του ορού του αίματος του. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλα εργαλεία για την ανάλυση των σημάτων που προκύπτουν από τα πειράματα φασματογραφίας μάζας με σκοπό τον υπολογισμό των σχετικών ποσοτήτων πεπτιδίων και πρωτεϊνών. Τα αποτελέσματα αυτά υποβλήθηκαν σε κατάλληλη προεπεξεργασία και μέσω στατιστικών μεθόδων αλλά και με την τεχνική δικτύων συν-έκφρασης εντοπίστηκαν οι βιουπογραφές που διαφοροποιούν τις δύο καταστάσεις. Οι βιοδείκτες αυτοί χρησιμοποιήθηκαν έπειτα για την εκπαίδευση προβλεπτικών ταξινομήτων Τυχαία Δάσων, Μηχανών Διανυσμάτων Υποστήριξης, Λογιστικής Παλινδρόμηση καθώς και του βελτιστοποιήμενου από την Insybio μοντέλου EnsembleGASVR. Η εκπαίδευση των ταξινομητών συνδυάστηκε με μεθόδους μείωσης διαστατικότητας για την ανάδειξη του βέλτιστου, μικρού πλήθους συνόλου βιοδεικτών που μπορεί να προβλέψει με μεγάλη ακρίβεια την ασθένεια. Στο τελικό σύνολο βιοδεικτών και στο υποσύνολο που ανέδειξε το βέλτιστο μοντέλο, μέσω κατάλληλων εργαλείων, πραγματοποιήθηκε ανάλυση εμπλουτισμού βιολογικών μονοπατιών, βιολογικών διεργασιών, μοριακών λειτουργιών και κυτταρικών διαμερισμάτων. Ο εμπλουτισμός αυτός ανέδειξε μοριακές λειτουργίες και βιολογικά μονοπάτια συσχετισμένα με το ανοσοποιητικό σύστημα και με φλεγμονικές αντιδράσεις του οργανισμού, γεγονός που ενισχύει την υπόθεση φλεγμονικού υποβάθρου για τη σχιζοφρένεια.