Περιγραφή του Διαμεσολαβητή του PrognoChip

Περιγραφή του Διαμεσολαβητή του PrognoChip Αναστασία Αναλυτή, Μάνος Καλαϊτζάκης, Δημήτρης Μανακανάτας, Χαρίδημος Κονδυλάκης, Δημήτρης Πλεξουσάκης Ινστιτούτο Πληροφορικής, Ίδρυμα Τεχνολογίας & Έρευνας (ΙΤΕ-ΙΠ), Κρήτη Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης, Κρήτη Ηλίας Σανιδάς, Ευστάθιος Σταθόπουλος, Μαρία Καφούση Ιατρική Σχολή, Πανεπιστήμιο Κρήτης, Κρήτη Σταμάτης Βασίλαρος ΠΡΟΛΗΨΙΣ, Διαγνωστικό Κέντρο Μαστού, Αθήνα Περιεχόμενα 1 Ο Διαμεσολαβητής του PrognoChip... 1 1.1 Φόρμες Επερωτήσεων... 4 1.2 Σελίδα Επιλογής Πεδίων Αποτελέσματος... 14 1.3 Υποβολή Τελικών Υποερωτημάτων και Σύνθεση Αποτελεσμάτων... 17 2 Περιγραφή Παραγόμενου XML Αρχείου... 18 2.1 General Information, Past Breast Diseases, and Gynecological History... 19 2.2 Duration of Hormone Intake and Other Risk Factors... 21 2.3 Family History of Malignancy, Breast-Nipple Findings, and Blood Tumor Markers... 22 2.4 Therapies Before Surgery... 25 2.5 Therapies after Surgery... 28 2.6 Therapy Effectiveness... 30 2.7 Histological Type... 31 2.8 Carcinoma, Other... 33 2.9 Lymph Nodes... 36 2.10 Immunohistochemical Tumor Markers and Genomic Information... 38 1 Ο Διαμεσολαβητής του PrognoChip Ο υπέρτατος στόχος του βιοϊατρικού πληροφοριακού έργου PrognoChip είναι ο εντοπισμός βιολογικών καρκινικών δεικτών για την κατηγοριοποίηση και πρόγνωση του καρκίνου του μαστού. Αυτό απαιτεί όχι μόνο την κατανόηση της γενετικής βάσης της ασθένειας, βάσει των γονιδιακών εκφράσεων των όγκων των ασθενών, αλλά και τη συσχέτιση αυτής της πληροφορίας με την αντίστοιχη κλινική πληροφορία. Στο παρόν κεφάλαιο, παρουσιάζουμε τo Διαμεσολαβητή (Mediator) του Ολοκληρωμένου Κλινικο- Γονιδιακού Περιβάλλοντος (Integrated Clinico-Genomic Environment) του PrognoChip, μέσω του οποίου επιτυγχάνεται η ολοκλήρωση των Κλινικών και Γονιδιακών Πληροφοριακών Συστημάτων. Ο βιοϊατρικός ερευνητής μπορεί να διατυπώσει κλινικογονιδιακές επερωτήσεις μέσω του διαδικτυακού γραφικού περιβάλλοντος του Διαμεσολαβητή. Η διαδικασία αυτή χωρίζεται σε διάφορες φόρμες επερωτήσεων, επιτρέποντας την επιλογή καρκινικών ιστών (μαζί με τις γονιδιακές τους εκφράσεις και τα κλινικά χαρακτηριστικά των ασθενών), σύμφωνα με τα ενδιαφέροντα του χρήστη.

Μετά από τη δημιουργία μιας επερώτησης, ο Διαμεσολαβητής τη μεταφράζει σε ένα ισοδύναμο σύνολο από τοπικές υποεπερωτήσεις, οι οποίες εκτελούνται απευθείας από τις επιμέρους Βάσεις Δεδομένων. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα συνδυάζονται και δημιουργείται ένα XML αρχείο αποτελεσμάτων. Το αρχείο αυτό παρουσιάζεται στο χρήστη και μπορεί να επεξεργαστεί από τα εργαλεία Εξόρυξης Δεδομένων (Data Mining tools). Visualization Tools metadata findings biomedical investigator (web-based) Specify parameters virtual query (local access) Query Engine Data Mining Tools Mediator output XML file store/query findings store administration & temporary data Findings Repository Mediator DB medical doctor Submit/search/ update (client-server based) Clinical IS biologist Submit/search/ update (web-based) Genomic IS GO database Normalizat ion Plug-ins local installation Εικόνα 1 Το ολοκληρωμένο Κλινικο-Γονιδιακό Περιβάλλον του PrognoChip Συγκεκριμένα ο Διαμεσολαβητής του PrognoChip (βλέπε Εικόνα 1) ολοκληρώνει (α) δύο Κλινικά Πληροφοριακά Συστήματα (ΠΣ), τα οποία είναι εγκατεστημένα στο Νοσοκομείο ΠΑΓΝΗ και στο Κέντρο Μαστού ΠΡΟΛΗΨΙΣ, αντίστοιχα, (β) ένα Γονιδιακό Πληροφοριακό Σύστημα, το οποίο είναι εγκατεστημένο στο συνεργαζόμενο εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας του ΙΤΕ και (γ) μία τοπική εγκατάσταση της Βάση Δεδομένων της Γονιδιακής Οντολογίας 1 (Gene Ontology ή, εν συντομία, GO). Η GO είναι μία γνώστη οντολογία για το σχολιασμό γονιδιακών προϊόντων σχετικά με τις διαδικασίες στις οποίες συμμετέχουν, τις συγκεκριμένες βιολογικές λειτουργίες που εκτελούν και τα μέρη του κυττάρου στα οποία επιδρούν. Πιο συγκεκριμένα, η GO αποτελείται από τρεις ανεξάρτητες ταξινομίες: τη GO Biological Process, τη GO Molecular Function και τη GO Cellular Component. Κάθε όρος της GO οντολογίας έχει μία ταυτότητα (GO id) και ένα κατανοητό όνομα (GO name). Επίσης, κάθε σχολιασμός ενός γονιδιακού προϊόντος συνοδεύεται από τουλάχιστον έναν κωδικό, ο οποίος δηλώνει τον τύπο της απόδειξης που το υποστηρίζει. Αυτές οι τρείς GO ταξινομίες αποθηκεύονται στη GO Βάση Δεδομένων, η οποία είναι ηλεκτρονικά διαθέσιμη στο κοινό. 1 http://www.geneontology.org 2

Εικόνα 2 Φόρμα Επερωτήσεων «Προηγούμενες Παθήσεις Μαστού» Ο (εξουσιοδοτημένος) βιοϊατρικός ερευνητής μπορεί να δημιουργήσει κλινικογονιδιακές επερωτήσεις μέσω του διαδικτυακού γραφικού περιβάλλοντος του Διαμεσολαβητή, το οποίο προσφέρει ένα κοινό εικονικό μοντέλο επερωτήσεων ενώ τα δεδομένα αποθηκεύονται μόνο στις επιμέρους ετερογενείς βάσεις δεδομένων. Το γραφικό αυτό περιβάλλον χωρίζεται σε διάφορες φόρμες επερωτήσεων, οι σύνδεσμοι των οποίων βρίσκονται στο αριστερό πλαίσιο του διαδικτυακού γραφικού περιβάλλοντος του Διαμεσολαβητή (βλέπε Εικόνα 2). Μέσω αυτών των φορμών, ο χρήστης μπορεί να καθορίσει κριτήρια επιλογής (καρκινικών) όγκων: (α) από ασθενείς με κλινικό προφίλ ιδιαιτέρου ενδιαφέροντος, (β) με ιστοπαθολογικά χαρακτηριστικά ιδιαιτέρου ενδιαφέροντος, και (γ) οι οποίοι συμμετέχουν σε πείραματα μικροσυστοιχίας (microarray experiments) του PrognoChip, συγκεκριμένης ποιότητας και χαρακτηριστικών. Οι όγκοι της απάντησης συνοδεύονται με την επιθυμητή κλινικογονιδιακή πληροφορία, π.χ. τη γονιδιακή τους έκφραση. Σε όλες τις φόρμες, αριθμητικά και ημερολογιακά πεδία επερωτούνται ως εύρος. Επιπλέον, μερικά πεδία είναι εξαρτημένα από ένα κύριο πεδίο και παρουσιάζονται μόνο εάν αυτό το πεδίο πάρει μια συγκεκριμένη τιμή. Αφού τα κριτήρια επιλογής μιας κλινικής ή γονιδιακής φόρμας αποθηκευτούν, δημιουργείται μια σύνθετη SQL υποεπερώτηση (ή μέρος αυτής), η οποία αποθηκεύεται προσωρινά στη Βάση Δεδομένων του Διαμεσολαβητή (Mediator DB). Όμως, οι τελικές 3

SQL υποεπερωτήσεις δημιουργούνται μόνο αφού τα επιθυμητά πεδία που θα συμμετέχουν στο αποτέλεσμα της ερώτησης συμπληρωθούν από το χρήστη. Στη συνέχεια, οι τελικές υποεπερωτήσεις υποβάλλονται στα αντίστοιχα Κλινικά ή Γονιδιακά Πληροφοριακά Συστήματα. Ο Διαμεσολαβητής του PrognoChip αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας την ASP ως προγραμματιστική γλώσσα και ODBC για πρόσβαση στις αντίστοιχες βάσεις δεδομένων. 1.1 Φόρμες Επερωτήσεων Σε αυτό το υποκεφάλαιο, παρουσιάζουμε τις φόρμες επερωτήσεων του Διαμεσολαβητή του PrognoChip: Φόρμα Αναζήτησης μέσω Δείγματος (Search by Sample) Στη φόρμα «Αναζήτηση μέσω Δείγματος», ο χρήστης καθορίζει τα ονόματα των δειγμάτων, στα οποία θα εφαρμοστούν τα κλινικο-γονιδιακά κριτήρια επιλογής (εφόσον αυτά ανήκουν σε ασθενείς που συμμετέχουν στη μελέτη του PrognoChip). Αν δεν καθοριστεί κανένα όνομα δείγματος, τότε εξετάζονται όλοι οι όγκοι των ασθενών που πάσχουν από καρκίνο του μαστού και συμμετέχουν στη μελέτη του PrognoChip. Κλινικές Φόρμες Αναζήτησης Στη φόρμα «Προηγούμενες Παθήσεις Μαστού» (Past Breast Diseases), ο χρήστης καθορίζει τις προηγούμενες παθήσεις μαστού της ασθενούς, όπως για παράδειγμα ινοαδένωμα ή ινοκυστικές αλλοιώσεις, επιλέγοντας κάθε μία πάθηση από μία προκαθορισμένη λίστα με παθήσεις του μαστού. Για κάθε επιλεγμένη πάθηση, ο χρήστης μπορεί να καθορίσει εάν παρουσιάστηκε στον αριστερό, στο δεξί ή και στους δύο μαστούς, όπως επίσης και τον αριθμό των ετών που έχουν περάσει πριν την ογκολογική επέμβαση. Τα κριτήρια των επιλεγμένων παθήσεων μπορούν να συνδυασθούν είτε με τον ΚΑΙ είτε με τον Ή λογικό τελεστή. Για παράδειγμα, στην Εικόνα 2, ο χρήστης επιλέγει τους όγκους των ασθενών που έχουν παρουσιάσει εκκρίσεις αίματος στον αριστερό μαστό, μέσα στα τελευταία 3 χρόνια πριν την ογκολογική επέμβαση και σκληρυντική αδένωση στο δεξιό μαστό, μέσα στον τελευταίο ένα χρόνο πριν την ογκολογική επέμβαση. Εικόνα 3 Φόρμα Επερωτήσεων «Γυναικολογικό Ιστορικό» 4

Εικόνα 4 Φόρμα Επερωτήσεων «Διάρκεια Λήψης Ορμονικών Φαρμάκων» Στη φόρμα «Γυναικολογικό Ιστορικό» (Gynecological History), βλέπε Εικόνα 3, ο χρήστης καθορίζει την ηλικία εμμηναρχής, την εμμηνοπαυσιακή κατάσταση της ασθενούς, την ηλικία εμμηνόπαυσης (αν η ασθενής είναι σε μετα-εμμηνοπαυσιακή κατάσταση), τον αριθμό εγκυμοσύνων, τον αριθμό τοκετών, την ηλικία πρώτου τοκετού και τις εβδομάδες θηλασμού (αν η ασθενής έχει θηλάσει). Στη φόρμα «Διάρκεια Λήψης Ορμονικών Φαρμάκων» (Duration of Hormone Intake), βλέπε Εικόνα 4, ο χρήστης καθορίζει τη συνολική διάρκεια λήψης ορμονικών φαρμάκων για Σύλληψη, Ρύθμιση, Πρόληψη και Αντισύλληψη. Εικόνα 5 Φόρμα Επερωτήσεων «Άλλοι Συντελεστές Κινδύνου» Στη φόρμα «Άλλοι Συντελεστές Κινδύνου» (Other Risk Factors), βλέπε Εικόνα 5, ο χρήστης καθορίζει την ηλικία της ασθενούς, τον δείκτη μάζας σώματος, και τις συνήθειες καπνίσματος της, συμπεριλαμβανομένου του αριθμού των τσιγάρων που καπνίζει ημερησίως, τα χρόνια καπνίσματος, και τα χρόνια που μεσολάβησαν από τη διακοπή του καπνίσματος έως την αφαίρεση του όγκου (αν η ασθενής έχει διακόψει το κάπνισμα). 5

Εικόνα 6 Φόρμα Επερωτήσεων «Οικογενειακό Ιστορικό Κακοήθειας» Στη φόρμα «Οικογενειακό Ιστορικό Κακοήθειας» (Family History of Malignancy), βλέπε Εικόνα 6, ο χρήστης καθορίζει τους συγγενείς της ασθενούς που έχουν αναπτύξει καρκίνο κάποια στιγμή στη ζωή τους, μαζί με την ηλικία που συνέβη το συγκεκριμένο γεγονός. Η επιλογή των βαθμών συγγένειας και των τύπων καρκίνου γίνεται από αντίστοιχα μενού επιλογής. Τα καθορισμένα κριτήρια για τους συγγενείς συνδυάζονται είτε με τον ΚΑΙ είτε με τον Ή λογικό τελεστή. Όσο αφορά τον καρκίνο του μαστού, έχουν διαχωριστεί τέσσερις τύποι: «αριστερού μαστού», «δεξιού μαστού», «και στους δύο μαστούς» και «πρώτα στον έναν και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα και στον άλλο μαστό». Εικόνα 7 Φόρμα Επερωτήσεων «Ευρήματα Μαστού-Θηλής» Στη φόρμα «Ευρήματα Μαστού-Θηλής» (Breast - Nipple Findings), βλέπε Εικόνα 7, ο χρήστης καθορίζει τα παρόντα ευρήματα μαστού (π.χ., διήθηση δέρματος) και θηλής (π.χ., εισολκή) της ασθενούς, επιλέγοντας τα από μία προκαθορισμένη λίστα από ευρήματα μαστού και θηλής. Για κάθε επιλεγμένο εύρημα, ο χρήστης μπορεί να καθορίσει αν συνέβη στον αριστερό, στο δεξιό ή και στους δύο μαστούς. Επιπλέον, σε 6

αυτή τη φόρμα ο χρήστης καθορίζει το κλινικό ΤΝΜ του ασθενή πριν τις προεγχειρητικές χημειοθεραπείες και ακτινοθεραπείες, όπου τα πεδία Τ, Ν και Μ επερωτούνται ως εύρος. Εικόνα 8 Φόρμα Επερωτήσεων «Καρκινικοί Δείκτες Αίματος» Εικόνα 9 Φόρμα Επερωτήσεων «Θεραπείες Πριν την Επέμβαση» Στη φόρμα «Καρκινικοί Δείκτες Αίματος» (Blood Tumor Markers), βλέπε Εικόνα 8, ο χρήστης επιλέγει από μία προκαθορισμένη λίστα από καρκινικούς δείκτες αίματος, όπως ο CA15-3 και ο CEA, τους καρκινικούς δείκτες που τον ενδιαφέρουν. Στη συνέχεια, για κάθε επιλεγμένο καρκινικό δείκτη, ο χρήστης μπορεί να καθορίσει ένα εύρος τιμών. Εντούτοις, τα επιλεγμένα κριτήρια του χρήστη για κάθε καρκινικό δείκτη ελέγχονται μόνο σε σχέση με την τελευταία καταγραφή του πριν την ογκολογική εγχείρηση. Για 7

παράδειγμα, υποθέστε ότι μία ασθενής είχε μία εξέταση CA15-3 στις 3 Ιουνίου του 2005, μία δεύτερη στις 15 Αυγούστου του 2005, μία εγχείρηση καρκίνου του μαστού στις 30 Αυγούστου του 2005 και άλλη μία εξέταση CA15-3 στις 23 Σεπτεμβρίου του 2005. Τότε, αν επιλεχθεί ο καρκίνος που αφαιρέθηκε στις 30 Αυγούστου, θα ελεγχθεί μόνο η εξέταση CA15-3 που έγινε στις 15 Αυγούστου. Εικόνα 10 Φόρμα Επερωτήσεων «Θεραπείες Μετά την Επέμβαση» Στη φόρμα «Θεραπείες Πριν την Επέμβαση» (Therapies Before Surgery), βλέπε Εικόνα 9, ο χρήστης καθορίζει από μια προκαθορισμένη λίστα, τις χημειοθεραπείες που υποβλήθηκε η ασθενής πριν την εγχείρηση (για να μειωθεί το μέγεθος του όγκου). Για κάθε επιλεγμένη χημειοθεραπεία, ο χρήστης καθορίζει αν η θεραπεία είναι συστηματική ή περιοχική, τον αριθμό των κύκλων, και την ανταπόκριση της ασθενούς στη θεραπεία. 8

Παρομοίως, ο χρήστης καθορίζει από μία προκαθορισμένη λίστα, τις ακτινοθεραπείες που υποβλήθηκε η ασθενής πριν την εγχείρηση. Σε αυτή τη φόρμα, ο χρήστης καθορίζει το κλινικό ΤΝΜ του ασθενή μετά την ολοκλήρωση όλων των προ-εγχειρητικών χημειοθεραπειών και ακτινοθεραπειών, αντίστοιχα. Στη φόρμα «Θεραπείες Μετά την Επέμβαση» (Therapies After Surgery), βλέπε Εικόνα 10, ο χρήστης καθορίζει από μια προκαθορισμένη λίστα, τις χημειοθεραπείες, τις ακτινοθεραπείες, τις ορμονοθεραπείες και τις ανοσοθεραπείες που υποβλήθηκε η ασθενής μετά την εγχείρηση. Ο χρήστης μπορεί επιπλέον να καθορίσει και άλλες εναλλακτικές θεραπευτικές ενέργειες. Εικόνα 11 Φόρμα Επερωτήσεων «Αποτελεσματικότητα Θεραπειών» Στη φόρμα «Αποτελεσματικότητα Θεραπειών» (Therapy Effectiveness), βλέπε Εικόνα 11, ο χρήστης καθορίζει το Διάστημα Ελεύθερου Νόσου (Disease Free Survival) και τη Συνολική Επιβίωση (Overall Survival) της ασθενούς, όπως επίσης και το εάν η ασθενής παρουσίασε μετάσταση και/ή πέθανε (λόγω υποτροπής ή από άλλα αίτια). Φυσικά, εάν η ασθενής δεν έχει παρουσιάσει μετάσταση (αντίστοιχα, δεν έχει πεθάνει) τότε μόνο επερωτήσεις για το χαμηλότερο όριο του Διαστήματος Ελεύθερου Νόσου (αντίστοιχα, της Συνολικής Επιβίωσης) έχει νόημα. Παθολογοανατομικές Φόρμες Αναζήτησης Στη φόρμα «Ιστολογικός Τύπος» (Histological Type), ο χρήστης καθορίζει τον ιστολογικό τύπο του όγκου, π.χ. Πορογενές Καρκίνωμα (μη-διηθητικό, μικροδιηθητικό, διηθητικό), Λοβιακό Καρκίνωμα (μη-διηθητικό, διηθητικό) και Καρκίνωμα με Ειδικούς Χαρακτήρες, επιλέγοντας το αντίστοιχο κουτί επιλογής, όπως φαίνεται στην Εικόνα 12. Όταν το κουτί επιλογής κάποιου ιστολογικού τύπου τσεκαριστεί, τότε εμφανίζονται τα πεδία που σχετίζονται με τον αντίστοιχο ιστολογικό τύπο. Στην περίπτωση του μικροδιηθητικού πορογενούς καρκινώματος, τα πεδία αριθμός εστιών, από και προς εμφανίζονται μόνο εάν η τιμή πολυεστιακή επιλεχθεί από το μενού του πεδίου τύπος εστιών. Παρομοίως, στην περίπτωση του διηθητικού πορογενούς καρκινώματος, το πεδίο ποσοστό εμφανίζεται μόνο εάν τσεκαριστεί το κουτί επιλογής συνυπάρχον ενδοπορικό στοιχείο (DCIS), το οποίο εκφράζει τη συνύπαρξη διηθητικού πορογενές καρκινώματος με μηδιηθητικό πορογενές καρκίνωμα. Σημειώστε ότι στην περίπτωση του διηθητικού πορογενούς καρκινώματος, ο χρήστης μπορεί να καθορίσει τον αριθμό των διηθήσεων που ικανοποιούν συγκεκριμένα κριτήρια. 9

Στη φόρμα «Καρκίνωμα Άλλα» (Carcinoma, Other), βλέπε Εικόνα 13, ο χρήσης καθορίζει τη διάμετρο, το βαθμό και το ιστολογικό ΤΝΜ του όγκου. Επίσης καθορίζει, (α) εάν υπάρχει αγγειακή διήθηση (στα λεμφικά έμβολα και φλεβικά έμβολα), διήθηση περινευριδιακών χώρων, διήθηση δέρματος ή/και θηλής (τύπου Paget ή non-paget), (β) διήθηση στα όρια εκτομής του όγκου, και (γ) εάν πρόκειται για φυλλοειδή όγκο ή άλλη βλάβη με ατυπία. Στην τελευταία περίπτωση, μπορεί να καθοριστεί ο βαθμός ατυπίας. Εικόνα 12 Φόρμα Επερωτήσεων «Ιστολογικός Τύπος» 10

Εικόνα 13 Φόρμα Επερωτήσεων «Καρκίνωμα, Άλλα» Στη φόρμα «Λεμφαδένες» (Lymph Nodes), βλέπε Εικόνα 15, ο χρήστης καθορίζει τον αριθμό των λεμφαδένων, λεμφαδένων φρουρών, επιχώριων λεμφαδένων, και ενδομαστικών λεμφαδένων, αντιστοίχως, που έχουν Χ, Υ, Ζ διαστάσεις μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος, και/ή παρουσιάζουν μεταστατική διήθηση, διήθηση κάψας, και /ή διηθήσεις μέσα στο λιπώδη ιστό της μασχάλης. Στην περίπτωση της μεταστατικής διήθησης, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει τον τύπο της μετάστασης από αντίστοιχο μενού. Στη φόρμα «Ανοσοϊστοχημικοί Καρκινικοί Δείκτες» (Immunohistochemical Tumor Markers), βλέπε Εικόνα 14, ο χρήστης επιλέγει ανοσοϊστοχημικούς καρκινικούς δείκτες, όπως ο ER, ο PR, ο HER-2, κλπ, από ένα μενού και για κάθε έναν από αυτούς, καθορίζει το ποσοστό της χρώσης, την ένταση της χρώσης, το score, και το βαθμό του ενδογενή και εξωγενή θετικού μάρτυρα. Επιπλέον, ο χρήστης μπορεί να δηλώσει εάν το HER-2 FISH score είναι θετικό ή αρνητικό. Για παράδειγμα, στην Εικόνα 4, ο χρήστης επιλέγει όγκους που είναι HER-2 και ER θετικοί. Εικόνα 14 Φόρμα Επερωτήσεων «Ανοσοϊστοχημικοί Καρκινικοί Δείκτες» 11

Εικόνα 15 Φόρμα Επερωτήσεων «Λεμφαδένες» Γονιδιακές Φόρμες Αναζήτησης Στη φόρμα «Πείραμα Μικροσυστοιχίας» (MicroArray Experiment), βλέπε Εικόνα 16, ο χρήστης καθορίζει το κανάλι του καρκινικού ιστού στο πείραμα της μικροσυστοιχίας (Κανάλι 1, αν το εκχύλισμα του καρκινικού ιστού έχει σημανθεί με τη φθορίζουσα ουσία 12

Cy3 ή Κανάλι 2, αν το εκχύλισμα του καρκινικού ιστού έχει σημανθεί με τη φθορίζουσα ουσία Cy5). Όπως θα καταστεί σαφές αργότερα, αυτό χρειάζεται για τη σωστή ερμηνεία των κανονικοποιημένων δεδομένων (normalized data). Ο χρήστης επίσης καθορίζει την ημερομηνία και την ποιότητα των υβριδοποιήσεων του πειράματος, όπως επίσης και το όνομα της επιθυμητής διαδικασίας κανονικοποίησης (επιλεγμένη από ένα pull-down menu με τις διαδικασίες κανονικοποίησης του PrognoChip). Εικόνα 16 Φόρμα Επερωτήσεων «Πείραμα Μικροσυστοιχίας» Εικόνα 17 Φόρμα Επερωτήσεων «Επιλογή Ολιγονουκλεοτιδίων» Στη φόρμα «Επιλογή Ολιγονουκλεοτιδίων» (Reporter Filtering), βλέπε Εικόνα 17, ο χρήστης μπορεί να φιλτράρει τους reporters που εμφανίζονται στα προφίλ της γονιδιακής 13

έκφρασης των επιλεγμένων καρκινικών ιστών, βάσει (α) του ονόματος της βιβλιοθήκης στην οποία ανήκουν, (β) των σχολιασμών τους στις GO Biological Process, GO Molecular Function και GO Cellular Location ταξινομίες, και (γ) των κωδικών απόδειξης (evidence codes) των ερωτηθέντων σχολιασμών. Τα GO ονόματα μπορούν να εισαχθούν στα αντίστοιχα textboxes χειρωνακτικά, αλλά μπορούν επίσης να εισαχθούν και αυτόματα από το σύστημα, χρησιμοποιώντας την τοπική εγκατάσταση της GO Βάσης Δεδομένων για την ανάκτηση των άμεσων παιδιών ή των απογόνων ενός GO ονόματος, που καθορίζεται από το χρήστη. Τα κριτήρια σχολιασμών στις GO Biological Process, GO Molecular Function, και GO Cellular Components ταξινομίες, αντίστοιχα, μπορούν να συνδυαστούν είτε με τον ΚΑΙ είτε με τον Ή τελεστή. Επιπλέον, ο χρήστης μπορεί να καθορίσει μία λίστα από κωδικούς απόδειξης που τον ενδιαφέρουν, οι οποίοι συνδυάζονται με τον τελεστή Ή. Παραδείγματος χάριν, στην Εικόνα 17, ο χρήστης καθορίζει ότι ενδιαφέρεται μόνο για τους reporters της βιβλιοθήκης Human Operon v.3 και οι οποίοι σχολιάζονται με τον όρο της GO Biological Process ταξινομίας signal transduction ή οποιοδήποτε από τους απογόνους της. Σε αυτή την περίπτωση, ο χρήστης εισάγει τον όρο signal transduction στο textbox GO Biological Process names, και εισάγει επίσης τον ίδιο όρο στο Add all descendants of textbox, πατώντας το Add κουμπί. Σε αυτό το στάδιο, δημιουργείται μια ερώτηση με περιεχόμενο «Επέστρεψε όλους τους απογόνους του όρου signal transduction στην GO Biological Process ταξινομία», η οποία υποβάλλεται στην τοπική GO Βάση Δεδομένων. Όλα τα GO ονόματα της απάντησης εισάγονται αυτόματα στο textbox GO Biological Process names. Κατόπιν, ο χρήστης επιλέγει το OR radio button (στα δεξιά),καθορίζοντας ότι τα κριτήρια σχολιασμού θα πρέπει να συνδυαστούν με τον Ή τελεστή. Ο χρήστης επίσης καθορίζει ότι ενδιαφέρεται μόνο για τους σχολιασμούς, οι οποίοι υποστηρίζονται από τον IC (inferred by curator) ή τον IDA (inferred by direct assay) κωδικό απόδειξης. 1.2 Σελίδα Επιλογής Πεδίων Αποτελέσματος Μετά από τον καθορισμό των κριτηρίων επιλογής της ασθενούς και του αντίστοιχου της καρκινικού ιστού, ο χρήστης επιλέγει τα κλινικά, ιστοπαθολογικά, και γονιδιακά πεδία που τον ενδιαφέρουν και που θα συνοδεύσουν τον καρκινικό ιστό στο αποτέλεσμα. Αυτό γίνεται στη Σελίδα Επιλογής Πεδίων (Select Page) (βλ. Εικόνα 18 και Εικόνα 19), που εμφανίζεται αφού πατηθεί το κουμπί Make Query, που φαίνεται στην Εικόνα 2. Επιπλέον, στη Σελίδα Επιλογής Πεδίων, ο χρήστης καθορίζει τα πεδία γονιδιακής έκφρασης που τον ενδιαφέρουν και τα είδη των σχολιασμών που θα συνοδεύσουν τους επιλεγμένους, βάσει των κριτηρίων της Reporter Filtering φόρμας, reporters στο αποτέλεσμα. Παραδείγματος χάριν, στην Εικόνα 18, ο χρήστης καθορίζει ότι ενδιαφέρεται για τις προ-εγχειρητικές χημειοθεραπείες και ακτινοθεραπείες των επιλεγμένων ασθενών. Επιπλέον, στην Εικόνα 19, ο χρήστης καθορίζει ότι, από τα πεδία κανονικοποιημένα δεδομένων, ενδιαφέρεται για τα log 2 (intensity1/intensity2) και log 2 (intensity1+intensity2) πεδία (που αντιστοιχούν σε διαφορετικά μέτρα γονιδιακής έκφρασης), όπου intensity1 και intensity2 είναι οι κανονικοποιημένες εντάσεις φθορισμού των ιστών που έχουν τοποθετηθεί στο Κανάλι 1 και στο Κανάλι 2 του πειράματος της μικροσυστοιχίας, αντίστοιχα. Επιπλέον, ο χρήστης καθορίζει ότι, από τους σχολιασμούς των reporters, ενδιαφέρεται (α) για το όνομα, στην HUGO Gene Nomenclature Committee ορολογία, του γονιδίου στο οποίο ανήκει, (β) για το Ensembl gene id, και (γ) για τους σχολιασμούς στη GO Biological Process ταξινομία, του γονιδίου στο οποίο ανήκει. Στη Σελίδα Επιλογής Πεδίων (Αποτελέσματος), ο χρήστης καθορίζει επίσης τα Κλινικά ΠΣ στα οποία θα υποβληθούν τα κλινικά υποερωτήματα. Παραδείγματος χάριν, στην Εικόνα 18, ο χρήστης επιλέγει μόνο το Κλινικό ΠΣ που είναι εγκαταστημένο στο 14

ΠΑΓΝΗ. Παρόλο που στο PrognoChip, υπάρχουν μόνο δύο εγκαταστημένα Κλινικά ΠΣ (στο ΠΑΓΝΗ και στην ΠΡΟΛΗΨΙΣ), ο Διαμεσολαβητής μπορεί να χειριστεί οποιοδήποτε αριθμό εγκαταστάσεων. Πληροφορίες σχετικές με τα εγκαταστημένα Κλινικά ΠΣ και το Γονιδιακό ΠΣ αποθηκεύονται στη Βάση Δεδομένων του Διαμεσολαβητή (βλ. Εικόνα 1) και διαχειρίζονται από το διαχειριστή του συστήματος μέσω της φόρμας «Διαχείριση» (Administration). Εικόνα 18 Σελίδα Επιλογής Πεδίων (Μέρος 1) 15

Εικόνα 19 Σελίδα Επιλογής Πεδίων (Μέρος 2) 16

1.3 Υποβολή Τελικών Υποερωτημάτων και Σύνθεση Αποτελεσμάτων Ο Διαμεσολαβητής είναι τώρα ικανός να διαμορφώσει τα τελικά υποερωτήματα που θα υποβληθούν στα Κλινικά ΠΣ και το Γονιδιακό ΠΣ. Εξαιτίας του γεγονότος ότι τα δεδομένα γονιδιακής έκφρασης είναι πολύ μεγαλύτερα σε μέγεθος από τα κλινικοπαθολογοανατομικά στοιχεία των ασθενών, ο Διαμεσολαβητής υποβάλλει αρχικά τα κλινικά υποερωτήματα στα Κλινικά ΠΣ. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα των υποερωτημάτων συνδυάζονται, παρέχοντας (α) τις επιλεγμένες κλινικο-ιστοπαθολογικές ιδιότητες για τους ασθενείς που ικανοποιούν τα καθορισμένα από το χρήστη, κλινικοιστοπαθολογικά κριτήρια, και (β) τα ονόματα των αντίστοιχων καρκινικών ιστών. Τα τελευταία, μαζί με τα γονιδιακά SQL υποερωτήματα που δημιουργήθηκαν, θα χρησιμοποιηθούν για τη διαμόρφωση των τελικών SQL υποερωτημάτων που θα υποβληθούν στο Γονιδιακό ΠΣ. Τα τελικά αποτελέσματα των Κλινικών ΠΣ και του Γονιδιακού ΠΣ συνδυάζονται βάση των ονόματων των καρκινικών δειγμάτων, και ένα XML αρχείο προκαθορισμένου σχήματος δημιουργείται, το οποίο ονομάζεται παραγόμενο XML αρχείο (output XML file). Το σχήμα του παραγόμενου XML αρχείου παρουσιάζεται αναλυτικά στο επόμενο Κεφάλαιο. Επειδή το σύνολο των επιλεγμένων reporters μπορεί να είναι πολύ μεγάλο, οι σχολιασμοί των reporters αποθηκεύονται σε ένα ξεχωριστό αρχείο, που ονομάζεται αρχείο reporter (reporter file) (τα πεδία του οποίου διαχωρίζονται με tabs). Ομοίως, τα ζητούμενα πεδία κανονικοποιημένων δεδομένων κάθε καρκινικού δείγματος σώζονται σε ένα χωριστό αρχείο, που ονομάζεται αρχείο κανονικοποιημένων δεδομένων (normalized data file) (τα πεδία του οποίου επίσης διαχωρίζονται με tabs). Με τον τρόπο αυτό, το παραγόμενο XML αρχείο μπορεί να περιέχει μόνο τα ονόματα των εξωτερικών αρχείων μαζί με τον ορισμό των στηλών τους (π.χ., <reporter id, gene name (HUGO), Ensemble gene id, GO Biological Process> για το μοναδικό αρχείο reporter, και <reporter id, log 2 (intensity1/intensity2), log 2 (intensity1 + intensity2)> για τα (ανά καρκινικό δείγμα) αρχεία κανονικοποιημένων δεδομένων). Το παραγό Εικόνα 20 Σελίδα Αποτελεσμάτων Το παραγόμενο XML αρχείο εμφανίζεται σε χωριστό παράθυρο και το πλήρες σύνολο των παραγόμενων αρχείων μπορεί να μεταφορτωθεί (download) στο τοπικό μηχάνημα (υπολογιστή) του χρήστη (βλέπε Εικόνα 20). Κατόπιν, τα παραγόμενα αρχεία δίνονται ως 17

input στα εργαλεία Εξόρυξης Δεδομένων για την αναζήτηση ενδιαφέροντων κλινικογονιδιακών συσχετισμών μεταξύ των ανακτημένων πεδίων των επιλεγμένων καρκινικών δειγμάτων. Τέλος, τα ευρήματα Εξόρυξης Δεδομένων που παρουσιάζουν ενδιαφέρον μπορούν να σχολιαστούν και να αποθηκευτούν στην Αποθήκη Ευρημάτων (Findings Repository) (βλέπε Εικόνα 1). 2 Περιγραφή Παραγόμενου XML Αρχείου Όπως περιγράψαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο, όταν ένας χρήστης υποβάλλει μια κλινικο-γονιδιακή ερώτηση μέσω του Διαμεσολαβητή του PrognoChip, καθορίζει (α) τα κριτήρια επιλογής των καρκινικών ιστών που τον ενδιαφέρουν, και (β) μέσω της Σελίδας Επιλογής Πεδίων, τα πεδία που θα εμφανίζονται στο παραγόμενο XML αρχείο. Για τη δημιουργία του παραγόμενου XML αρχείου, εφαρμόζονται οι ακόλουθοι κανόνες: Κανόνες 1. Εάν κανένα πεδίο δεν επιλεγεί στη Σελίδα Επιλογής Πεδίων τότε εμφανίζεται ένα μήνυμα λάθους, και δεν δημιουργείται κανένα XML αρχείο. 2. Όσον αφορά τα * στοιχεία x: a. Εάν, στη Σελίδα Επιλογής Πεδίων, δεν επιλεγεί κανένα από τα πεδία που αντιστοιχούν στα φύλλα του x, τότε κανένα στοιχείο x δεν περιέχεται στο παραγόμενο XML αρχείο, b. διαφορετικά, i. εάν δεν υπάρχει καμία οντότητα στην απάντηση που αντιστοιχεί στο x, τότε ένα κενό στοιχείο x (π.χ., <x/>) περιλαμβάνεται στο παραγόμενο XML αρχείο. ii. διαφορετικά, υπάρχει ένα στοιχείο x στο παραγόμενο XML αρχείο, για κάθε αντίστοιχη οντότητα στην απάντηση. 3. Όσον αφορά τα? στοιχεία x που δεν είναι φύλλα: a. εάν, στη Σελίδα Επιλογής Πεδίων, δεν επιλεγεί κανένα από τα πεδία που αντιστοιχούν στα φύλλα του x, τότε κανένα στοιχείο x δεν περιλαμβάνεται στο παραγόμενο XML αρχείο, b. διαφορετικά, εάν δεν υπάρχει σύγκρουση (conflict) με τον Κανόνα 2 τότε υπάρχει ένα στοιχείο x στο παραγόμενο XML αρχείο. 4. Όσον αφορά τα? στοιχεία x που είναι φύλλα: a. εάν το πεδίο που αντιστοιχεί στο στοιχείο x δεν επιλεγεί στη Σελίδα Επιλογής Πεδίων, τότε κανένα στοιχείο x δεν περιλαμβάνεται στο παραγόμενο XML αρχείο, b. διαφορετικά, εάν δεν υπάρχει σύγκρουση (conflict) με τον Κανόνα 2 τότε υπάρχει ένα στοιχείο x στο παραγόμενο XML αρχείο, ακόμα κι αν η τιμή του πεδίου είναι null ή 0 (για pull-down menu ids). Στην τελευταία περίπτωση, το περιεχόμενο του στοιχείου x θα είναι. Στα ακόλουθα υποκεφάλαια παρουσιάζεται αναλυτικά το σχήμα του παραγόμενου XML αρχείου. 18

2.1 General Information, Past Breast Diseases, and Gynecological History Εικόνα 21 General Information, Past Breast Diseases, and Gynecological History past breast diseases -> disease -> name fibrocystic changes abscess inflammation cyst 19

cyst, Montgomery fibroadenoma lipoma galactorrhea clear secretion bloody secretion intraductal papilloma duct ectasia calcification sclerosing adenosis phylloides tumor, malignant sarcoma carcinoma Paget disease, nipple past breast diseases -> disease -> position left right both gynecological_history -> menopausal_status premenopausal perimenopausal postmenopausal gynecological_history -> lactation yes no Σχόλια: Τα στοιχεία patient ομαδοποιούνται ανά Κλινικό ΠΣ (hospital_name), με τη σειρά που τα Κλινικά ΠΣ εμφανίζονται στο Select Page. Τα υποστοιχεία sample ενός στοιχείου patient ταξινομούνται με βάση την ημερομηνία αφαίρεσης τους (surgery_date). 20

2.2 Duration of Hormone Intake and Other Risk Factors Εικόνα 22 Duration of Hormone Intake and Other Risk Factors other_risk_factors -> smoking_habits -> quitting yes no 21

2.3 Family History of Malignancy, Breast-Nipple Findings, and Blood Tumor Markers Εικόνα 23 Family History of Malignancy, Breast-Nipple Findings, and Blood Tumor Markers malignancy_family_history -> relative -> degree_of_kinship mother father sister brother mother of mother father of mother mother of father father of father daughter 22

son sister of mother brother of mother sister of father brother of father female cousins male cousins malignancy_family_history -> relative -> type_of_cancer breast (left) breast (right) breast (both) breast (one and later the other) mouth tongue larynx lung and bronchus thyroid pharynx esophagus stomach small intestine colon rectum liver gallbladder pancreas adrenal glands kidney ureter urinary bladder prostate testis ovary body, uterus cervix, uterus vulva salivary glands brain leukemia lymphoma skin melanoma bone sarcoma soft tissue sarcoma of unknown origin breast_nipple_findings -> -> clinical_tnm -> T T1 T2 T3 T4 breast_nipple_findings -> clinical_tnm -> N T0 T1 T2 23

breast_nipple_findings -> clinical_tnm -> M M0 M1 breast_nipple_findings -> breast_finding -> name nodule, movable nodular consistency sensitivity skin invasion retraction of the skin peau de orange ulceration surgical scar breast_nipple_findings -> breast_finding -> position left right breast_nipple_findings -> nipple_finding -> name retraction deformity bifurcation Paget disease, nipple ulceration bloody secretion secretion, other other lesion breast_nipple_findings -> nipple_finding -> position left right blood_tumor_markers -> blood_tumor_marker -> name CEA Ca 125 Ca 19-9 Ca 15-3 CA27-29 MCA TPS Σχόλια: Τα στοιχεία breast_finding και nipple_finding ταξινομούνται με βάση το date_of_finding. Τα στοιχεία blood_tumor_marker ταξινομούνται με βάση το date_of_exam. 24

2.4 Therapies Before Surgery Εικόνα 24 Therapies Before Surgery therapies_before_surgery -> pre_chemotherapy -> intravenous yes no therapies_before_surgery -> pre_chemotherapy -> local yes no therapies_before_surgery -> pre_chemotherapy -> type 25

CAF CMF FEC TAXOL TAXOTEL therapies_before_surgery -> pre_chemotherapy -> number_of_cycles 3 4 5 6 therapies_before_surgery -> pre_chemotherapy -> clinical_tnm_after_chemotherapy -> T T1 T2 T3 T4 therapies_before_surgery -> pre_chemotherapy -> clinical_tnm_after_chemotherapy -> N T0 T1 T2 therapies_before_surgery -> pre_chemotherapy -> clinical_tnm_after_chemotherapy -> M M0 M1 therapies_before_surgery -> pre_radiotherapy -> type complete breast armpit supraclavicular parasternal chest wall local boost therapies_before_surgery -> pre_radiotherapy -> number_of_cycles 3 4 5 6 therapies_before_surgery -> pre_radiotherapy -> clinical_tnm_after_radiotherapy -> T T1 T2 T3 T4 26

therapies_before_surgery -> pre_radiotherapy -> clinical_tnm_after_radiotherapy -> N N0 N1 N2 therapies_before_surgery -> pre_radiotherapy -> clinical_tnm_after_radiotherapy -> M M0 M1 Σχόλιο: Τα στοιχεία pre_chemotherapy και pre_radiotherapy ταξινομούνται με βάση το start_ date. 27

2.5 Therapies after Surgery Εικόνα 25 Therapies after Surgery 28

therapies_after_surgery -> chemotherapy -> type CAF CMF FEC TAXOL TAXOTEL therapies_ after _surgery -> chemotherapy -> number_of_cycles 3 4 5 6 therapies_ after _surgery -> radiotherapy -> type complete breast armpit supraclavicular parasternal chest wall local boost therapies_after_surgery -> radiotherapy -> number_of_cycles 3 4 5 6 therapies_after_surgery -> hormonotherapy -> type TAM FEMARA MEGACE estrogens LHRH LENTARON AREDIA ARIMIDEX AROMASIN NOLVADEX aromatase inhibitor therapies_after_surgery -> immunotherapy -> type Herceptin vaccine Σχόλιο: Τα στοιχεία chemotherapy, radiotherapy, hormonotherapy, immunotherapy, και other_action ταξινομούνται με βάση το start_ date. 29