Bioinformática e Modelagem: a via RAS/MAPK de sinalização e controle do ciclo celular.
Hugo Aguirre Armelin e Junior Barrera
Um grande desafio nas pesquisas biomédicas atuais é a previsão de comportamento celular e de resposta a drogas. Até recentemente, dados de alto rendimento e conhecimentos biológicos têm sido empregados essencialmente para produzir diagramas descritivos de intrincadas redes moleculares de sinalização. Todavia, tais diagramas não são suficientes para prever respostas biológicas. Dessa forma, o grande desafio dos próximos dez anos é transformar esses diagramas descritivos em modelos dinâmicos preditivos de redes moleculares. Para este fim, no momento estamos focando na modelagem da relativamente pequena via de sinalização Ras/MAPK. Ademais, como um objetivo de longo prazo, pretendemos desenvolver um modelo matemático multi-escala para simular computacionalmente o crescimento de populações celulares e a progressão de ciclo celular.
O objetivo imediato é a construção de um modelo matemático dos módulos SOS/Ras, MAPKs e PI3K/Akt suficiente para mimetizar, através de simulações computacionais, resultados experimentais obtidos com a linhagem celular tumoral adrenal murina Y1. No médio prazo, pretendemos prever o comportamento de tais módulos em outras linhagens celulares, como por exemplo, em células tumorais humanas HEK293 e em queratinócitos humanos imortalizados. Por fim, o objetivo de longo prazo é a construção de um modelo computacional multi-escala de autômatos para simular o crescimento e a progressão de ciclo celular de populações de células estimuladas através de toxinas, hormônios, soro e fatores de crescimento tais como o fator de crescimento de fibroblasto 2 (Fibroblast Growth Factor 2 – FGF2).
Para atingir os objetivos propostos, este sub-projeto baseia-se nas plataformas deste Centro, especialmente no Grupo de Biologia Computacional e Bioinformática (GC2B). Alguns dos projetos que atualmente são desenvolvidos pelo GC2B são de imediato interesse deste sub-projeto, mais especificamente o desenvolvimento da plataforma CeTICSdb para armazenamento e análises de dados ômicos heterogêneos e o arcabouço SigNetSim para modelagem matemática e simulação computacional da cinética de redes moleculares de sinalização.
Inicialmente, modelos são desenhados utilizando dados de baixo rendimento advindos de técnicas tradicionais de biologia molecular (por exemplo, quantificações de experimentos de Western blot). Todavia, um objetivo de médio prazo da plataforma de proteômica é o estabelecimento de técnicas de rotina para a produção de uma fosfo-proteômica quantitativa de alto rendimento baseada em Espectrometria de Massas (EM). Tais técnicas nos permitiriam, num futuro próximo, monitorar em diferentes linhagens celulares a cinética do módulo SOS/Ras/MAPKs em paralelo a vias tais como a de PI3K/Akt. Esses dados de alto rendimento serão armazenados na plataforma CeTICSdb e empregados para a construção de modelos cinéticos preditivos, utilizando para este fim o arcabouço SigNetSim.
O módulo Ras/MAPK é uma rede relativamente pequena (~50 componentes) que tem um papel central na homeostase celular. Ademais, amplificação de gene ou oncogene é uma alteração genômica significativa por trás de desregulação de redes de sinalização. Dessa forma, a construção de novos modelos de Ras/MAPK/PI3K/Akt para mimetizar resultados experimentais de diversas linhagens celulares é um objetivo factível e oportuno. Por outro lado, a construção de modelos multi-escala de progressão do ciclo celular é um objetivo ambicioso e de longo prazo. De qualquer forma, esses dois objetivos se encaixam bem nas demandas metodológicas das pesquisas deste Centro, que exigem a conversão de diagramas moleculares descritivos em modelos dinâmicos computacionais com capacidade preditiva.