Отзыв официального оппонента 1 (1097592)
Текст из файла
ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА на докторскую диссертацию Гольцова Алексея Николаевича «Компьютерные методы системной биологии в персоналнзнрованнвй лекарственной оннотерапни», представленную на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальностям 03.01.02 — «Биофизика» и 03.01.08 — «Биоинженерия».
Докторская диссертация Гольцова А.Н. посвящена разработке компьютерных методов исследования сложных сигнальных систем в раковых клетках н молекулярных механизмов действия лекарственных препаратов, направленных на по~швление сигналов пролиферацин в персонализированной онкотерапии. Актуальность данной темы определяется ' необходимостью разработки и применения системных подходов для успешного решения многих проблем, стоящих перед лекарственной персонализированной терапией в онкологии, В частности, обнаружение сложных динамических ответов клеточных сигнальных систем на действие лекарственных препаратов требует привлечение методов анализа нелинейной динамики многокомпонентных сигнальных сетей при разработке эффективных методов онкотерапни.
С этой целью автором развиты компьютерные методы системной биологии применительно к исследованию динамики сигнальных систем в раковых клетках на основе интеграции экспериментальных и клинических данных по действию новых лекарственных препаратов, применяющихся в персонализированной онкотерапии, Оценка содерлсаииа диссертации и иолучеииых аеаюром резулынаииж Диссертация включает введение, 7 глав, заключение, 4 приложения и список цитированной литературы. Во введении обсуждаются роль системной биологии и компьютерного моделирования в исследовании и разработке лекарственных препаратов в персонализированной онкотерапин, формулируются актуальность темы диссертации, цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы и перечисляются положения, выносимые на защиту.
В первой главе автором приводится литературный обзор основных результатов по применению комш ютерных методов моделирования сложных клеточных сигнальных путей. В обзоре анализируются различные динамические режзп~ы функционирования клеточных систем передачи сигналов, полученные в результате математического моделирования. Во второй главе диссертации автор приводит описание развитого метода компьютерного моделирования сигнальных систем в раковых клетках.
В основе предложенного им метода лежит построение математической модели сигнальной системы клеток. Модель представляет собой систему 37 обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающую процессы активации клеточных рецепторов и передачи сигнала в каскаде реакции фосфорилирования сигнальных белков. При разработке модели сигнальных систем с участием большого числа белков, участвующих в передаче сигнала„учтены сложные механизмы функционирования как отдельных сигнальных белков и рецепторов, так и свойства системы в целом. связанные со сложной топологией сигнальной сети, наличием в ней отрицательных обратных связей и генетической регуляции.
Предложенный метод был применен к разработке модели МАРК киназного и Р! ЗК/АКТ сигнальных путей и их ответов на действие лекарственного препарата пертузумаба, моноклонального антитела, ингибирующего рецепторы эпидермального фактора роста. В работе развит метод решения основной проблемы, возникающей при разработке моделей для систем с большим числом неизвестных параметров, в данном случае кинетических параметров белков и рецепторов, формирующих данную систему. В основе предложенного автором подхода лежит метод интеграции болыпого экспериментального материала для калибровки модели, как на этапе моделирования отдельных сигнальных белков, так и на этапе описания функционирования полной системы. В результате применения данного метода разработанная модель удовлетворительно описывает экспериментальные данные по активации и ингибнрованию сигнальных путей в клеточной линии РЕ04 рака яичников. Развитая модель была применена к анализу влияния различных онкомугаций в сигнальной системе на действие ингибиторов клеточных рецепторов и протеин-киназ системы.
Результаты моделирования показали потерю ингибирующего действия лекарственного препарата пертузумаба при уменьшении экспрессии белка РТЕХ, а также при увеличении активации и экспрессии киназ Р13К и АКТ, Полученные результаты были подтверждены группой экспериментаторов Центра Исследования Рака Эдинбурского Университета, с которыми сотрудничает автор. Третья глава посвящена обсуждению предложенного автором метода теоретического анализа динамического функционирования сигнальных систем.
Для исследования динамики сигнальной системы в работе были применены методы анализа нелинейной динамики м ного компонентных систем. В основе подхода лежит метод декомпозиции полной сигнальной системы клетки, в которой выделены системы клеточных рецепторов, передачи сигналов и генетической регуляции. Для каждой из выделенных систем были проведены расчеты функций отклика: зависимостей выходных сигналов системы от ее входных сигналов и исследованы их основных характеристик в зависимости от кинетических параметров белков и их уровней экспрессии.
С целью исследования системных свойств системы в работе введен управляющий параметр сигнальной системы, который интегрально учитывает активности основных белков сигнальной системы. В результате исследования зависимости функций откликов от управляющего параметра было показано, что данная сигнальная система обладает набором динамических режимов, характерных для нелинейных систем, Было найдено, что при изменении введенного управляющего параметра в системе могут реализоваться следующие режимы: передача внешнего сигнала, его усиление, переключение, подавление внешнего сигнала, режимы управления с гистерезисом и осцилляторные режимы. Показано, что функция отклика системы изменяется от плавной снгмоидной функции, соответствующей режиму передачи входного сигнала, до ступенчатой функции, характеризующей режим усиления с переключением.
На основе полученных результатов моделирования исследованы основные регуляторные механизмы сигнальных сетей, реализующиеся в каскаде реакций фосфорилированиЫдефосфорилирования, содержащие структурные модули усиления и стабилизации клеточных сигналов. На основе полученных результатов анализа динамических режимов сигнальной системы автором развита концепция перехода «чувствительность-резистентность», который определяет переход системы из режима, характеризующегося чувствительностью к внешним рецепторным сигналам в режим резистентности к внешним сигналам.
Автор показывает, что режим потери чувствительности к внешним сигналам соответствует возникновению резистентности сигнальной системы к действию ингибиторов клеточных рецепторов. Использование метода функции отклика сигнальной системы позволило автору установить, что онкомутации, приводящие к изменению функционирования сигнальной системы и переходу «чувствительность-резистентность», можно характеризовать изменением введенного параметра управления системы. Такое нарушение в функционировании сигнальной системы ведет к формированию резистентн ости в раковых клетках к лекарственным препаратам, ингибирующим сигналы клеточных рецепторов.
Автором предложен метод подавления резистентности путем реализации обратного перехода «чувствительность-резистентность» в результате комбинации двух лекарственных препаратов, действующих на разные модули сигнальной системы. Предложенная концепция перехода «чувствительность-резистентность» и метод подавления режима резистентности были успешно апробированы в экспериментальных работах, выполненных коллабораторами автора в Центре Исследования Рака Эдинбурского Университета. Автором впервые был применен метод анализа чувствительности моделей сигнальных систем для исследования изменения чувствительности системы к ей параметрам при действии ингибиторов сигнальных белков и мутации генов, кодирующих белки в системе.
В четвертой главе автором излагаются результаты исследований регуляторных систем в сигнальных системах клетки, которые реализуются за счет отрицательных обратных связей и генетической регуляции в сигнальных сетях. Автор проводит дальнейшее развитие модели МАРК киназной системы с целью учета в модели генетической регуляции экспрессии белков, находящихся под управлением данной сигнальной системы. Показано, что в определенной области значений параметра отрицательной обратной связи в исследуемой системе возможны осцилляторные режимы, характеризующиеся колебаниями выходного сигнала системы, уровня фосфорилированной киназы ЕКК.
Полученные автором результаты теоретических исследований по генерации осцилляций клеточных сигналов в моделях сигнальных систем были проверены в экспериментах, проведенных в Центре Исследования Рака Эдинбурского Университета на клеточных линиях рака яичников. Полученные экспериментальные результаты подтвердили теоретические выводы о возникновении осцилляторных режимов в сигнальных системах при нарушении генетической регуляции, вызванной действием лекарственных препаратов. В пятой главе автором представлены результаты исследования механизмов лекарственной резистентности, обусловленных репрограммированием сигнальных путей в результате действия лекарственных препаратов.
Данный механизм заключается в активации дополнительных сигнальных путей пролиферации клетки, ведущих к возникновению резистентости к действию ингибитора. Для обнаружения активации дополнительных путей пролиферации клеток автором предложен метод анализа экспериментальных биоинформационных данных по изменению экспрессии генов в результате действия лекарственных препаратов. Обнаружение повышенной экспрессе гена ЕгЬВЗ, кодирующего экспрессию рецепторов ЕгЪВЗ, позволило автору определить дополнительный канал активации сигнальной системы в клеточной линии ЖОЧЗ рака яичников с высокой начальной экспрессией рецептора ЕгЪВ2.
Основываясь на результатах компьютерного моделирования автором была предложена и обоснована эффективность комбинации лекарственных препаратов для подавления возникновения лекарственной резистентности в клеточной линии БКОЧЗ рака яичников с высокой экспрессией рецептора ЕгЬВ2. В шестой глава автором представлены результаты применения разработанной модели сигнальных систем к исследованию эффективности действия одиночных и комбинированных ингибиторов протеин-киназ в Р13К/АКТ/ШТОК/БбК1 сигнальном пути в раковых клетках.
Результаты моделирования были валиднзированы на большом экспериментальном материале по кинетике ответа сигнальной системы на действие данных ингибиторов в двух клеточных линиях рака яичников. Полученные результаты применены к исследованию биомаркеров действия ингибиторов киназ для рака яичников. Седьмая глава посвящена результатам моделирования системы регуляции антиокислнтельного ответа клетки при действии ингибиторов клеточных рецепторов. На основе совместного моделирования сенсорной, сигнальной и генетической систем, участвующих в формировании антиокислительного ответа клетки, автором была рассчитана регуляторная характеристика антиокислительной системы для различных концентраций внутриклеточной перекиси водорода. Было показано, что в области гистерезиса регуляторной характеристики происходит активация генетических механизмов регуляции, направленных на поддержание клеточного гомеостаза при повышении уровня перекиси водорода в цитоплазме клетки.
Полученные результаты компьютерного моделирования были подтверждены в экспериментах на клеточных линиях рака яичников, выполненных экспериментальной группой, сотрудничавшей с автором. Заключение диссертации содержит основные результаты работы, полученные на основе разработанных компьютерных методов системного анализа и моделирования динамики клеточных сигнальных путей и делаются выводы о применении результатов работы в экспериментальных и клинических исследованиях лекарственной терапии. В диссертация также имеется 4 приложения, которые содержат математические выводы уравнений, полученных в диссертации и результаты анализа экспериментальных данных по экспрессии генов при действии лекарственных препаратов. Замечания по диссертации и автореферату: Наиболее существенные замечаниями по диссертации являются следующие: 1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
