Doktorsvörn í rafmagns- og tölvuverkfræði - Þjóðbjörg Eiríksdóttir

Doktorsefni: Þjóðbjörg Eiríksdóttir

Heiti ritgerðar: Notkun prótíngagna fyrir sjúkdómaspár, heilsufarsmat og einstaklingssniðna heilbrigðisþjónustu (Large-scale Proteomics for Disease Prediction, Health Evaluation, and Personalized Medicine)

Andmælendur:
Dr. Bjarni Vilhjálmsson, prófessor við Árósaháskóla, Danmörku
Dr. Torben Hansen, prófessor við Kaupmannahafnarháskóla, Danmörku

Leiðbeinandi: Dr. Magnús Örn Úlfarsson, prófessor við Rafmagns- og tölvuverkfræðideild Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Kári Stefánsson
Dr. Daníel Fannar Guðbjartsson, gestaprófessor við Raunvísindadeild og yfirmaður vísinda hjá Íslenskri Erfðagreiningu
Dr. Hannes Helgason, yfirmaður prótín rannsókna hjá Íslenskri Erfðagreiningu

Doktorsvörn stýrir: Dr. Lotta María Ellingsen, prófessor og deildarforseti Rafmagns- og tölvuverkfræðideildar HÍ  

Ágrip

Lífvísar byggðir á prótínmælingum í blóðvökva auðvelda einstaklingssniðna heilbrigðisþjónustu með því að stýra forvörnum og meðferð, velja þátttakendur í klínískar rannsóknir og meta svörun við meðferð. Hvort tveggja erfða- og umhverfisþættir hafa áhrif á magn prótína í blóði sem endurspeglar þannig heilsu á hverjum tíma, á meðan arfgerð einstaklingins er sú sama óháð aldri og ástandi. Þess vegna eru prótín mikilvægir lífvísar fyrir heilsu sem nota má til að fylgjast með framvindu sjúkdóma. Framfarir í afkastamikilli mælitækni, svo sem Olink og SomaScan mæliaðferðunum, gera mögulegt að mæla þúsundir prótína í blóði hjá tugþúsundum einstaklinga. Í þessu verkefni eru umfangsmikil prótíngögn samþætt við vélrænt nám til að þróa lífvísa sem grípa einstaklingsbundinn mun á heilsu og áhættu á sjúkdómum. Með því að nota stór prótíngagnasett með um það bil 5.000 (SomaScan) eða 3.000 (Olink) prótínmælingum í blóðvökva greindum við tengsl prótína og sjúkdóma og þróuðum prótínáhættuvísa fyrir yfir hundrað sjúkdóma. Fyrir marga sjúkdóma sáust töluverðar bætingar í spágetu en fyrir aðra var bætingin með prótínáhættuvísum miðað við hefðbundin spálíkön hverfandi. Til að greina á milli erfða- og umhverfisáhrifa var prótínmagn leiðrétt fyrir arfgerð. Yfirleitt styrkti leiðréttingin tengslin við sjúkdóma sem bendir til þess að breytingar á prótínmagni í blóði séu yfirleitt afleiðingar sjúkdóma frekar en orsök þeirra. Prótínáhættuvísar fyrir dauða, sjúkdóma tengda æðakölkun og kransæðasjúkdóma voru þróaðir áfram og prófaðir ítarlega í samanburði við viðurkennd spálíkön. Ólínuleg spálíkön voru prófuð en línuleg spálíkön með Lasso reglun skiluðu bestum árangri. Prótínáhættuvísirinn fyrir dauða skilaði betri spám en spálíkön byggð á hefðbundnum áhættuþáttum og sýndi fylgni við hrörleikamat í óháðu gagnasetti. Prótínáhættuvísar bættu spár með viðurkenndum spálíkönum fyrir sjúkdóma tengda æðakölkun og kransæðasjúkdóma marktækt, en hóflega, í óháðu gagnasetti. Kransæðasjúkdómaspár með viðurkenndum spálíkönum var einnig hægt að bæta með fjölgenaáhættuvísum, þar sem besta spáin fékkst með því að sameina prótín- og fjölgenaáhættuvísa, en áhættuvísir byggðir á umbrotsefnum (e. metabolites) skilaði ekki frekari bætingu. Að auki notuðum við prótínmagn í blóðvökva til að meta öldrun líffæra. Hröð líffæraöldrun var tengd við marga sjúkdóma og hæg líffæraöldrun við heilbrigði en sértækni líffæraöldrunar var breytileg eftir líffærum. Við greindum á milli öldrunar sem er sameiginleg öllum líffærum og öldrunar sem er sértæk fyrir hvert líffæri. Þannig fékkst líffærasértæk öldrun sem sýndi meiri sértækni og sameiginleg öldrun sem spáði betur fyrir um dauða en öldrun einstakra líffæra. Þessi nálgun gæti gagnast til að varpa frekara ljósi á öldrun og sjúkdómstengdar breytingar í líffærum en hefur enn takmarkanir sem torvelda beinar ályktanir um öldrunarbreytingar. Í heild sinni gefur þetta verkefni innsýn í notkunarmöguleika og takmarkanir prótínmælinga í blóðvökva í læknisþjónustu og læknisfræðirannsóknum.

Um doktorsefnið

Þjóðbjörg er fædd 1994 og ólst upp í Biskupstungum. Hún útskrifaðist með BS-gráðu í rafmagns- og tölvuverkfræði frá Háskóla Íslands 2017 og meistaragráðu í heilbrigðisverkfræði frá ETH Zurich 2019. Árið 2019 hóf hún störf hjá Íslenskri erfðagreiningu þar sem doktorsverkefnið var unnið.