Unraveling the Molecular Mechanisms of Complex Diseases Using Systems Biology Approach
2024 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
In the context of rising global health challenges, the mechanistic investigation and
treatment of complex diseases, including cancer, liver diseases, has emerged as a
vital focus in scientific research. A thorough understanding of basic biological
processes is crucial for the development of tools that aid in diagnosing, monitoring,
and treating human diseases. This doctoral thesis investigates the molecular
mechanisms underlying complex human diseases, with an emphasis on discovering
novel therapeutic targets and compounds though systems biology approaches. By
leveraging large-scale transcriptomic data, this work aims to uncover novel insights
into disease biology that can drive drug repositioning and precision medicine. The
thesis integrates various computational strategies and biological frameworks to
connect gene expression patterns with disease progression and therapeutic
opportunities, focusing primarily on cancer and metabolic disorders.
The studies compiled in this thesis contribute to the understanding of human disease
biology through the systematic analysis of gene expression profiles and the
application of network-based methodologies. Paper I introduces the Human
Pathology Atlas, providing an in-depth analysis of gene expression prognostic
features across different cancer types, which improves our understanding of
relationships between gene expression and disease outcomes. Paper II and Paper
III employ gene co-expression network analysis combined with drug repositioning
strategies, identifying promising therapeutic candidates for hepatocellular
carcinoma and pancreatic ductal adenocarcinoma, respectively. These studies
illustrate how network-based approaches can locate key molecular targets and
potential repurposable drugs for various cancer types.
In Paper IV, we apply a network-based approach to investigate the dysregulated
transcriptional regulation in non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). This study
identifies critical genes and pathways involved in the disease progression, providing
new insights into the pathophysiology of NAFLD. Lastly, Paper V presents
comprehensive review on the emerging role of PKLR in liver diseases, highlighting
its connection to metabolic diseases. This review discusses PKLR’s potential as a
therapeutic target, providing a foundation for future studies in metabolic disease
research.
In summary, this thesis contributes to the field of systems biology by integrating
gene expression and network methodologies, offering innovative strategies for
therapeutic development and personalized medicine across complex diseases.
Abstract [sv]
I samband med ökande globala hälsoutmaningar har den mekanistiska
undersökningen och behandlingen av komplexa sjukdomar, inklusive cancer och
leversjukdomar, blivit ett viktigt fokus inom vetenskaplig forskning. En djupgående
förståelse av grundläggande biologiska processer är avgörande för utvecklingen av
verktyg som hjälper till att diagnostisera, övervaka och behandla mänskliga
sjukdomar. Denna doktorsavhandling undersöker de molekylära mekanismerna
bakom komplexa mänskliga sjukdomar, med betoning på att upptäcka nya
terapeutiska mål och substanser genom systembiologiska tillvägagångssätt. Genom
att utnyttja storskaliga transkriptomiska data syftar detta arbete till att avslöja nya
insikter i sjukdomsbiologin som kan driva läkemedelsompositionering och
precisionsmedicin. Avhandlingen integrerar olika beräkningsstrategier och
biologiska ramverk för att koppla genuttrycksmönster till sjukdomsutveckling och
terapeutiska möjligheter, med fokus främst på cancer och metabola sjukdomar.
Studierna som samlats i denna avhandling bidrar avsevärt till förståelsen av
mänsklig sjukdomsbiologi genom systematisk analys av genuttrycksprofiler och
tillämpning av nätverksbaserade metoder. Paper I introducerar Human Pathology
Atlas och ger en djupgående analys av prognostiska genuttrycksdrag i olika
cancertyper, vilket förbättrar vår förståelse av sambanden mellan genuttryck och
sjukdomsutfall. Paper II och Paper III använder genko-
expressionsnätverksanalys kombinerat med läkemedelsompositionering för att
identifiera lovande terapeutiska kandidater för hepatocellulärt karcinom och
pankreatiskt duktalt adenokarcinom. Dessa studier visar hur nätverksbaserade
metoder kan lokalisera viktiga molekylära mål och potentiella återanvändbara
läkemedel för olika cancerformer.
I Paper IV tillämpas ett nätverksbaserat tillvägagångssätt för att undersöka den
dysreglerade transkriptionella regleringen vid icke-alkoholisk fettlever (NAFLD).
Denna studie identifierar kritiska gener och vägar som är involverade i sjukdomens
utveckling och ger nya insikter i NAFLD patofysiologi. Slutligen presenterar Paper
V en omfattande översikt över den framväxande rollen för PKLR i leversjukdomar
och betonar dess koppling till metabola sjukdomar. Denna översikt diskuterar PKLR
potential som ett terapeutiskt mål och ger en grund för framtida studier inom
metabol sjukdomsforskning.
Sammanfattningsvis bidrar denna avhandling till området systembiologi genom att
integrera genuttryck och nätverksmetoder och erbjuda innovativa strategier för
terapeutisk utveckling och personanpassad medicin inom komplexa sjukdomar.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2024. , p. 43
Series
TRITA-CBH-FOU ; 2024:41
National Category
Biological Sciences Bioinformatics and Systems Biology
Research subject
Biotechnology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-354147ISBN: 978-91-8106-063-8 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-354147DiVA, id: diva2:1902410
Public defence
2024-10-30, Kollegiesalen, Brinellvägen 6, Stockholm, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 2024-10-01
2024-10-012024-10-012024-10-01Bibliographically approved
List of papers