A Revolução do NGS: Apossibilitar o Desenvolvimento de Medicamentos e a Medicina Personalizada

O que é Sequenciação de Nova Geração?

Sequenciação de próxima geração (NGS), também conhecido como sequenciação massivamente paralela ou sequenciação profunda, descreve um Sequenciação de DNA tecnologia que pode sequenciar um genoma humano inteiro em apenas um dia. Emergiu como uma tecnologia revolucionária na pesquisa genómica. O métodos de NGS baseiam-se em quatro técnicas, incluindo (i) sequenciação eletroforética baseada em microchip, (ii) sequenciação em tempo real, (iii) sequenciação por hibridação e (iv) sequenciação em matriz cíclica. O fluxo de trabalho de NGS os experimentos são compostos por várias etapas básicas, incluindo preparação do template genómico, preparação da biblioteca de sequências, geração de leituras de sequência curtas, alinhamento de leituras, montagem de sequências e análise de dados avançada. Popular NGS as plataformas incluem Roche/454 ciências da vida, Illumina/Solexa e Ion Torrent.

Como pode o NGS contribuir para Desenvolvimento de Medicamentos

Múltiplos genes mutados estão associados ao desenvolvimento e progressão da doença. No mieloma, os genes causadores de mutações são BRAF, NRAS e KIT. Terapias genéticas que visam esses genes podem reduzir o crescimento metastático. Por outro lado, a progressão do câncer da mama pode ser estimada com base na diferença no comprimento de leitura das repetições CAG devido à heterogeneidade genética intra-tumoral do gene do receptor de andrógenos. tecnologia NGS tem sido considerado como uma abordagem promissora para as indústrias farmacêuticas e a prática clínica, especialmente na área da investigação do câncer, uma vez que os cânceres são principalmente causados por mutações genéticas. NGS permite a identificação de mutações genéticas, diagnóstico de doenças e determinação da progressão da doença através da previsão de biomarcadores, e ensaios clínicos estratificados geneticamente.

Figura 1. Diferentes abordagens das tecnologias de sequenciação de nova geração (Kumar et al. 2017).

NGS métodos, como sequenciação do genoma completo, sequenciação do exoma completo, sequenciação transcriptómicae sequenciação direcionadapode ser utilizado para realizar perfis moleculares, de modo a descobrir novos alvos terapêuticos ou biomarcadoresEnquanto sequenciação do genoma completo detecta mutações em todo o genoma, sequenciação do exoma completo foca em 1-2% de todo o genoma. Mas o sequenciamento do exoma completo abrange mais de 95% dos exões, o que é muito mais alto do que o sequenciamento do genoma completo. Sequenciação do transcriptoma foi realizado para perfilar a análise da expressão de mRNA e detectar RNAs não codificantes, como miRNA, siRNA, piRNA e lncRNA, que podem ser potenciais biomarcadores. Direcionado sequenciação de painéis é caracterizado por uma alta profundidade e uma alta cobertura de exões, sendo bastante útil na deteção de variantes escassas e variantes valiosas.

Adicionalmente, sequenciação epigenómicacomo por exemplo Sequenciação ChIP, perfilamento de ribossomase sequenciação por bisulfito, tornou-se uma ferramenta poderosa para desenvolvimento de medicamentos e prática clínica. A metilação do DNA, a modificação das histonas e a remodelação da cromatina são mecanismos epigenéticos críticos para a expressão de genes e RNA não codificante. Além de doenças epigenéticas como a doença de Alzheimer, muitas terapias contra o câncer são baseadas em fármacos epigenéticos. Os fármacos epigenéticos têm várias vantagens. Primeiro, muitas doenças dependem não apenas de mutações, mas principalmente de níveis alterados de expressão de moduladores epigenéticos. Em segundo lugar, as variações nos componentes epigenéticos têm uma toxicidade relativamente baixa e são bem toleradas em tecidos normais, desde que não sejam ultrapassados limiares críticos. Em terceiro lugar, a combinação com fármacos que atuam em outros mecanismos é muito promissora, uma vez que os fármacos epigenéticos aproveitam processos celulares diferentes e frequentemente ortogonais.

Como pode o NGS contribuir para a Medicina Personalizada?

Sequenciação de próxima geração revolucionou uma era de sequenciação do genoma e ciência médica. Fornece ferramentas mais rápidas para a triagem de biomarcadores, perfilagem molecular e identificação fiável de interacções genéticas. Para doenças complexas, como o câncer, NGS é bastante útil na identificação dos fatores causadores de condições terapêuticas específicas, no monitoramento da progressão da doença e na determinação de tratamentos personalizados. Os investigadores descobriram mutações novas e raras associadas a condições terapêuticas particulares.

• Marcadores tumorais

Qualquer pessoa pode desenvolver cancro. Se forem diagnosticados de forma precisa e precoce utilizando abordagens adequadas, uma proporção substancial de cancros pode ser prevenida. Um diagnóstico de cancro pode ser difícil. Primeiro, a maioria dos cancros caracteriza-se pelo silêncio. Em segundo lugar, o paciente pode ser assintomático ou ter sintomas de outras doenças não cancerígenas. Atualmente, os testes sanguíneos baseados no genoma são uma abordagem inovadora para detetar marcadores tumorais.

Os marcadores tumorais podem ser descobertos através da deteção de SNPs, que são as mutações mais comuns na população. O próximo passo é o desenvolvimento de estratégias para a identificação e utilização de marcadores tumorais personalizados através do uso de perfis genéticos individuais. Até agora, os marcadores tumorais personalizados têm permitido aos investigadores abordar muitos aspectos, incluindo a deteção precoce do câncer, rastreio, diagnóstico, prognóstico, terapia direcionada, resposta terapêutica, monitorização e recidiva.

• Sistema HLA no tratamento clínico

A farmacogenómica representa a combinação da farmacologia e da genómica. Estuda como os medicamentos respondem de forma diferente de pessoa para pessoa com base no conteúdo genómico e como a informação genótipo-fenótipo pode ser utilizada na medicina personalizada. Os principais benefícios da farmacogenómica são os seguintes:

1. O desenvolvimento de fármacos para maximizar os seus efeitos terapêuticos e minimizar os seus efeitos adversos.

2. A capacidade de conceber métodos de dosagem apropriados com base no perfil genético dos pacientes.

3. Identificação dos respondedores e não respondedores para medicamentos e determinação dos fatores de risco para esse medicamento.

Conclusões

O NGS tem sido aplicado em biofarmacêutica, polifarmacologia, vacinologia, farmacoepidemiologia, etc. Para o desenvolvimento de anticorpos, NGS os dados fornecem uma análise mais precisa da multiplicidade numa biblioteca de anticorpos. E NGS pode ser utilizado para estudar interacções proteína-proteína e a ligação anticorpo-antígeno. Mas também existem algumas considerações ao realizar NGS experimentos. Por exemplo, o conteúdo genético de um tecido pode ser afetado pela heterogeneidade, como em amostras tumorais. A composição varia entre amostras e pode confundir o diagnóstico da doença e a determinação do tratamento. O sinal pode originar-se de diversos tipos celulares, e a otimização in silico e abordagens baseadas em listas de genes têm sido aplicadas para estratificar sinais nos seus respetivos tipos celulares. O sequenciamento de células únicas tem sido utilizado com sucesso para prever a resposta ao tratamento.

Pode também consultar os nossos artigos "Sequenciação de próxima geração para descoberta de biomarcadores do câncer" e "Tecnologia de Sequenciamento para Descoberta de Fármacos Anticorpos.

Referências:

1. Kumar G, Chaudhary K K, Misra K, et al. Sequenciação de Nova Geração para Design e Desenvolvimento de Fármacos: Uma Abordagem Ómica para o Tratamento do Cancro. Int. J. Farmacol., 2017, 13(7): 709-723.
2. Lightbody G, Haberland V, Browne F, et al. Revisão das aplicações de sequenciação de alto rendimento na medicina personalizada: barreiras e facilitadores do progresso futuro na investigação e aplicação clínica. Briefings em bioinformática, 2018, 1: 17.
3. Nawab D H. As Aplicações Farmacêuticas do Sequenciamento de Próxima Geração no Design e Desenvolvimento de Medicamentos Oncológicos. Revista de Sequenciação de Próxima Geração e Aplicações, 2015, 2:1.