Visual EccDNA: An interactive Shiny Dashboard for extrachromosomal circular DNA data output visualization and analysis

Abstract

It is known from decades ago that some cancerous cells show little spots of genomic material outside of their chromosomes, referred to as extrachromosomal circular DNA (eccDNA). During the last years and thanks to the combination of wet lab techniques such as purification and amplification of DNA circles, and the development of methods for further computational analysis, it has been possible to identify the genomic composition of these circles, finding out genes involved in tumor growth and drug resistance. There is currently an increasing concern about the connection between eccDNA and cancers with worst prognostics. Dr Marcos Araúzo and their team of computational biology in the Biodonostia Health Institute Research are involved in an European collaboration project working on early detection of eccDNA in oncologic patients, improving the identification of the oncogenes contained in the circles and also quantifying the increased expression. It consists of a multidisciplinary group of researchers, so the motivation of my master's final project comes from the necessity of easy understanding and interpretation of data output. In this work it is detailed the development of Visual EccDNA, a dashboard for data visualization based on R language and its package Shiny, that uses mapped data from eccDNA sequences and allows the user to explore and navigate through the results in a dynamic and interactive way, which will help researchers of different areas to better understand the biological information in the circles.

Es sabido desde hace tiempo que algunas células cancerosas presentan pequeñas partículas de material genético fuera de los cromosomas, lo que se conoce como DNA circular extracromosómico (eccDNA). Durante estos últimos años y gracias a la combinación de métodos de purificación y amplificación del DNA, y con el uso de métodos computacionales para su posterior análisis, se ha logrado caracterizar estos círculos, descubriendo muchas veces genes implicados en el crecimiento tumoral y en la resistencia a medicamentos. Cada vez queda más patente la relación entre la presencia de eccDNA y los cánceres con peor pronóstico. En este ámbito, el doctor Marcos Arauzo y su equipo de biología computacional en el Instituto de Investigación Médica Biodonostia, se encuentran en un programa de colaboración europeo intentando mejorar la detección temprana de eccDNA en pacientes oncológicos, caracterizar los oncogenes componentes de estos círculos así como cuantificar el grado de sobreexpresión de los mismos. Se trata de un proyecto multidisciplinar, por lo que el motivo de este trabajo final de máster surge de la necesidad de interpretación de los resultados obtenidos por los distintos grupos trabajando en este proyecto. En este trabajo se detalla el desarrollo de Visual EccDNA, una aplicación basada en R y la librería Shiny, que partiendo de los archivos obtenidos tras el mapeado de secuencias de eccDNA, permite visualizar y navegar por los resultados una manera dinámica e interactiva.

És sabut des de fa temps que algunes cèl·lules canceroses presenten petites partícules de material genètic fora dels cromosomes, la qual cosa es coneix com a DNA circular extracromosómico (eccDNA). Durant aquests últims anys i gràcies a la combinació de mètodes de purificació i amplificació del DNA, i amb l'ús de mètodes computacionals per a la seva posterior anàlisi, s'ha aconseguit caracteritzar aquests cercles, descobrint moltes vegades gens implicats en el creixement tumoral i en la resistència a medicaments. Cada vegada queda més palès la relació entre la presència de eccDNA i els càncers amb pitjor pronòstic. En aquest àmbit, el doctor Marcos Arauzo i el seu equip de biologia computacional en l'Institut de Recerca Mèdica Biodonostia, es troben en un programa de col·laboració europeu intentant millorar la detecció precoç de eccDNA en pacients oncològics, caracteritzar els oncogenes components d'aquests cercles així com quantificar el grau de sobreexpresió d'aquests. Es tracta d'un projecte multidisciplinari, per la qual cosa el motiu d'aquest treball final de màster sorgeix de la necessitat d'interpretació dels resultats obtinguts pels diferents grups treballant en aquest projecte. En aquest treball es detalla el desenvolupament de Visual EccDNA, una aplicació basada en R i la llibreria Shiny, que partint dels arxius obtinguts després del mapatge de seqüències de eccDNA, permet visualitzar i navegar pels resultats una manera dinàmica i interactiva.