Cytokine polymorphism catalog (CytoCAT) for the analysis of phenotype associations

Abstract

Currently, many studies focus on identifying disease related biological biomarkers for prediction of susceptibility, early detection, and prevention, in addition to developing new therapeutic approaches. In our study, we have investigated the single nucleotide polymorphisms (SNPs) of human cytokines and cytokine receptors, which play an important role in the immune system, as potential disease biomarkers and focused on phenotypes as they might give clue about disease symptoms. Our main aim was to create a catalog to be a guideline to early diagnosis, disease treatment, and drug discovery and design studies by storing general and specific associations between genes, SNPs and phenotypes. For that reason, firstly genetic variations on known human cytokines and cytokine receptors and then associations between these variations and phenotypes are identified. In particular, the data integration approaches were used to map single nucleotide polymorphisms (SNPs) on known cytokine and cytokine receptor genes and to extract SNPs associated to phenotypes from various biological databases. By congregating these data a new biological relational database was developed. A case study is done to further analyze and visualize the GWAS results for 3 different cancer types accessed through database of Genotypes and Phenotypes (dbGaP). This relational database enables one to search with different parameters and to analyze the associations from different aspects. As a result, a catalog of cytokine and cytokine receptor SNPs and their association with diseases is developed. This allows analysis of molecular and clinical research data from different perspectives, like identifying underlying etiology of diseases through associated polymorphisms, and SNPs common to cytokine-dependent diseases.

Son yapılan araştırmalar hastalığın tedavisinin yanı sıra önceden teşhis edebilmeye de odaklanmaktadır. Hastalık ön teşhisinde kullanılan çeşitli yöntemlerden biri de moleküler biyomarkerlar kullanarak hastalığa sebep olan genetik bozuklukları belirlemektedir. Bu çalışmada bağışıklık sisteminde çok önemli rol oynayan sitokinler ve sitokin reseptörleri genlerinde ortaya çıkan tek nükleotid polimorfizmleri(SNPler) potansiyel hastalık biyomarkerı olarak kullanıldı ve hastalık belirtilerine dair ipucu verebileceğinden dolayı fenotiplere odaklanıldı. Bu çalışmanın esas amacı erken teşhis, hastalık tedavisi ve ilaç keşfi ve tasarımı çalışmalarına gen, SNP ve fenotip arasındaki genel ve özel ilişkileri sunarak yardımcı olacak bir katalog geliştirmekti. Bundan dolayı öncelikle sitokin ve sitokin reseptörleri genlerinde bulunan SNPler ardından da bu SNPlerle fenotipler arasındaki ilişkiler tanımlandı. Bu çalışma için veri entegrasyonu yöntemleri kullanılarak, insan sitokinlerinin ve reseptörlerinin genlerinde meydana gelen tek nükleotid polimorfizmleri ve hastalıklara sebep olan tek nükleotid polimorfizmleri farklı biyolojik veritabanlarından edinildi ve bu bilgiler doğrultusunda yeni bir biyolojik veritabanı oluşturuldu. dbGaP sitesinden edinilen 3 farklı kanser tipiyle örnek çalışma yapıldı. Bu yeni veritabanı sayesinde kullanıcılar farklı parametrelerle araştırma ve farklı açılardan gen-hastalık ilişkileri analiz etme olanağı bulacaklar. Sonuç olarak en çok hastalığa sebep olan genler ve polimorfizmleri, farklı hastalıklardaki ortak mutasyonların bilgisini de içeren sitokin ve sitokin reseptörleri genlerindeki SNPlerin ve bunların hastalıklara ilişkininin kataloğu oluşturuldu.