Análise caminho usando a análise genética de Enriquecimento Set (AGEE) Ferramenta

Gene Análise Enriquecimento Set é uma das muitas abordagens, o A análise da expressão do gene dados do perfil e é descrita em um papeldos trabalhadores do Instituto Broad.

O conceito básico foi motivada pela constatação de que estudar genes individuais mostrando a diferença mais significativa nos níveis de expressão entre dois estados ou fenótipos é falta de uma visão mecanicista. Em vez, faz mais sentido ter um conjunto de genes partilha de alguns vínculo biológico, e fazer a pergunta - se o conjunto mostrar qualquer estatisticamente enriquecimento significativo nesses genes que têm expressão diferencial?

A set gene pode ser escolhido, a priori, por uma série de razões e.g.. o conjunto de genes que se sabe ser influenciada por mais de- ou sob-expressão de um micro-RNA, ou, talvez, um conjunto escolhido com base na localização cromossómica, ou genes para os quais a função molecular, componente celular e / ou processo biológico foram atribuídos utilizando os vocabulários controlados do Gene Ontology.

Uma vantagem da abordagem GSEA é que é possível incorporar o dados completos definir, não apenas os transcritos com um limiar escolhido arbitrariamente expressão diferencial. Tenho certeza de que muitas pessoas que lêem este estará pensando - "Como pode ser OK para usar o conjunto de dados completo? Normalmente eu consideraria somente genes com >2 (OU valor outro favorito)-a expressão diferencial de dobragem. "A razão, a abordagem é válida é que os genes expressos em níveis baixos ou com grande variação entre repetições não contribuem para a métrica principal utilizado pelo GSEA, o 'pontuação enriquecimento' (ES).

AGEE funciona através da posição o valor da expressão de cada gene por sinalizar ao ruído ratio - cálculo da diferença entre os valores médios para as amostras representativas de cada fenótipo e escalonando-los pela soma dos desvios padrão. Isto significa que genes com grandes diferenças no nível de expressão entre diferentes estados e pouca variação entre réplicas biológicas são classificados altamente.

O próximo passo é a de que o ES, a estatística primária gerada pelo GSEA, é calculada para cada conjunto de genes - no manual GSEA, que documenta o software excelente, afirma:

"Todos os genes são inicialmente classificados pela sua relação sinal-ruído, em seguida, o ES é calculado por "andar" para baixo da lista de classificação dos genes aumentar um execução soma- estatística quando um gene está no conjunto de genes e decrescente que, quando não é. O magnitude do incremento depende da correlação do gene com um fenótipo. O ES é o desvio máximo de zero encontrou uma curta lista. A positivo ES indica enriquecimento gene conjunto no topo da lista de classificação; um negativo ES indica enriquecimento gene conjunto no fundo da lista de classificação. "

Os valores são ES normalizada com base no tamanho do conjunto de genes e, em seguida, uma taxa de descoberta de falsa é calculado, para dar uma probabilidade estimada de falsos positivos. AGEE usa um valor padrão muito relaxado 25%, que é adequado para a geração de hipóteses com um número relativamente grande de réplicas biológicas.

Os cientistas que trabalham em dados a partir de não humano amostras ainda pode usar AGEE, mas precisater cuidado - O símbolos de genes utilizado pelo GSEA são "traduzidos"Do seu i.e. equivalentes de humano. identificadores utilizados por genes de suas espécies de interesse representado no microarray são convertidas em símbolos para a sua ortólogos humanos, em seguida, utilizada na análise. Subramanian e colegas reivindicar que esta conversão tem pouco ou nenhum efeito sobre a utilidade dos GSEA; tem sido utilizada com sucesso em várias espécies não humanas, mas é claro que isso deve ser mantido em mente quando se investiga resultados em detalhes.

Para uma excelente, em profundidade, revisão dos instrumentos via, consultar:

Khatri, P., Sirota, M., & Butte, A. J. (2012). Dez Anos de Análise de Caminho: Abordagens atuais e desafios pendentes. PLoS Computational Biology, 8(2), e1002375. dois:10.1371/journal.pcbi.1002375

Outra boa fonte de conselhos sobre análise de percurso, especialmente para aqueles familiarizados com o pacote estatístico R é aqui.

Outras leituras

A Subramanian, Tamayo P, Mootha VK, Mukherjee S, Ebert BL, Gillette MA, A Paulovich, Pomeroy SL, Golub TR, Lander ES, Mesirov JP (2005) Análise genética de enriquecimento conjunto: uma abordagem baseada no conhecimento para interpretar perfis de expressão do genoma. A Proc Natl Acad Sci U S 102:15545-15550

Xie X, Lu J, Kulbokas EJ, Golub TR, Mootha V, Lindblad-Toh K, Lander ES, Kellis M (2005) Descoberta sistemática de motivos regulamentares em humanos e promotores 3[primeiro] UTRs por comparação de vários mamíferos. Natureza 434:338-345

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Alegrias da edição de livros científicos acadêmicos

Image courtesy of ningmilo / FreeDigitalPhotos.net

Ou:"Um guia para iniciantes para pastorear gatos".

Considere este cenário: você é um cientista acadêmico, em uma pesquisa ocupado instituto e seu chefe é convidado para editar um livro, mas diminui devido à pressão de trabalho; em seguida, sugere que ele ficaria bem em seu currículo. Você concorda, ela ficaria bem em seu currículo, assim você se comprometer a edição do seu primeiro multi-autor livro de ciência acadêmica.

Então, por que é que um problema?

Obtendo autores a bordo

Você quer que as melhores pessoas para escrever os capítulos. Você Google alguns especialistas de renome e convidá-los a contribuir com um capítulo para seu livro. Eles quase todos declínio, ou deixar de responder ao seu e-mail. Mas, um pouco para o seu espanto, se concorda. Contudo, esse modelo de ciência então nunca, já responde a contatos futuros. Assim, que reduza seus pontos turísticos e objectivo para bons cientistas, mas não vencedores do Prémio Nobel. Finalmente, você começa autores suficientes juntos para escrever os capítulos em torno do tema que os editores lhe deram - ufa!

Obtendo autores de acordar um prazo

Assumindo que não é razoável, todos é geralmente relaxado sobre o prazo estabelecido. Contudo, o verdadeiro desafio é:

Trazê-los para cumprir o prazo

  1. Isso deve ser fácil, direito? Os cientistas estão crescidos, profissionais. Não são? Bem, uma espécie de. Na realidade, acadêmicos tipicamente sobre a empenhar-se, fazer não só a pesquisa eo ensino, mas também a escrever pedidos de financiamento de subsídios, papéis, comentários, capítulos de livros, etc, etc. Afinal, a declaração de missão científica é "publicar ou ser condenado."
  2. Como os prazos passar - "wooshh", como passar carros, metade de seus autores apresentaram os seus capítulos, o resto não. Agora chega um momento pegajoso - estes são feitos para serem corte opiniões ponta. Estado-da-arte. Mas este atraso significa que agora o "bom" trabalho autores está rapidamente atingindo o seu prazo de validade. Você pode ter que ir rastejando de volta para eles para pedir atualizações. Que normalmente não são muito infeliz sobre, mas você odeia a perda de rosto.
  3. Mais uma coisa que eu esqueci de mencionar; como editor, Você tem que ler estes capítulos. Pior ainda, você é esperado para produzir críticas convincentes - o que o autor precisa adicionar, remover, expandir ou contrair. Mesmo se o tema é na franja de sua perícia principal.

O que acontece se os autores ir AWOL?

O que você faz quando um de seus autores decide que eles não estão indo para escrever seu capítulo? Não simplesmente procrastinar, deixar de cumprir os prazos, mas parar toda a comunicação. Desaparecer do mapa. So, agora você está preso - encontrar um outro autor(s) - Mais de atraso - escrever o capítulo se? - Mas é muito fora de sua própria área de especialiAssimção. So, eventualmente, você encontrar alguém. O que significa que demora ainda mais.

Escrever seu próprio capítulo

Ó, sim, você esqueceu que você concordou em escrever um dos capítulos se. Ops. Oh bem, não é um problema. Oferecer co-autoria de um dos seus alunos de doutoramento - que vai estar caindo sobre se para obter outra publicação em seu currículo. Ou talvez não: não, eles não estão interessados ​​depois de tudo; obviamente suspeitar (corretamente) que o seu objetivo é deixá-los escrever a coisa toda, then submit the chapter to you for a little light editorial polishing.

Articulado com os editores por mais tempo

  1. Você agora tem o recorde duvidoso para o mais longo período de gestação de um livro multi-autor acadêmica na história humana, excluindo a Bíblia.
  2. "Por favor,, senhor, Eu quero um pouco mais. "
  3. Os editores não estão impressionados, mas em silêncio resignado, dizendo-lhe para ir embora e voltar quando você encontra um novo prazo.

Perder seus mármores e dando-se completamente

É tudo demorando tanto - muito poucos autores apresentaram os primeiros esboços de seus capítulos. Você começa a ficar desesperado - o prazo original era há muito tempo que você a esqueceu - o prazo "novo" agora também é história. Você considerar dar a coisa toda - se desculpar com os autores e os editores e dizem que o livro não pode ser concluída. Mas seu co-editor e os autores que tenham entregue a tempo estão indignados - naturalmente não querem ver seu trabalho desperdiçado – e insistir em que você voltar para os cientistas recalcitrantes com uma vara grande. Como você ameaçar autores com uma vara por e-mail? Ou pelo telefone? Contudo, uma combinação de a vara metafórico grande, pedidos de misericórdia e empilhando sobre a culpa, eventualmente, trabalhar e todos os capítulos são entregues! Hooray.

Hooray!

Assim, agora, você está na última volta. Ou a escória últimos - a alma-destruindo processo de montagem e revisão do índice. Uma vez, um editor de sub-com um fundo científico poderia ter escrito um índice, mas não agora. Editoras acadêmicas querem a sua libra de carne, Portanto, essa tarefa é delegada aos autores e editores. Autores selecionar palavras-chave de seus capítulos, com diferentes graus de entusiasmo ou precisão, em seguida, o editor tenta montá-las em algo útil para o leitor. Finalmente, uma prova projecto chega por e-mail. Você está agora doente de coração de cada palavra, mas um impulso final de entusiasmo leva você e se o livro está acabado.

Só mais uma coisa - eu esqueci? – você não é pago - Mas você é dado algumas cópias gratuitas do seu próprio livro. Tão divertido!

 

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Como é que uma mutação em uma transcrição orelha colada fator causal?

A otite média aguda, por vezes conhecida como "cola ouvido", é a bactéria mais comum infecção em crianças e por 1 ano de idade, cerca de 60% de crianças terão tido um episódio de. Em alguns casos, crianças desenvolvem um crônico condição, que, apesar de a infecção ser curada, o “cola” não vá embora e causa surdez. Numa herdado mouse modelo de ouvido de cola crónica a mutação causal foi mostrada para estar em um gene que codifica um fator de transcrição, Evi1.

A proteína EVI1 tem vários domínios, pode reprimir ou estimular a expressão de genes alvo e interagem com muitas outras proteínas. De fato, a multiplicidade de interacções conhecidas e potenciais é um desafio para determinar o papel da mutação. Havia pistas, contudo, a forma como esta mutação pode conduzir a doença de diferenças nas eg fenótipo. camundongos mutantes criados em um "limpa" biotério SPF tinham menos probabilidade de ficar surdo do que aqueles mantidos no mais velho, Casa animal "sujo".

Será que isso significa que interações gene-ambiente P.ex.. entre o sistema imunológico e micróbios, susceptibilidade à doença influência? Ele também era conhecido que os ratos mutantes apresentaram níveis elevados de influxo de neutrófilos em suas cavidades do ouvido médio (inflamação), mas não ficou claro se EVI1 estava atuando direta ou indiretamente no processo. Respostas possíveis para essas perguntas vieram recentemente de estudos em células de cultura, mostrando que EVI1 pode actuar como um inibidor de uma das proteínas chave que regulam a inflamação, outro fator de transcrição, fator nuclear kappa B (NFkB). EVI1 liga-se a que uma das subunidades do NFkB e interfere com uma modificação da proteína crítica, acetilação. Contudo, EVI1 não acetilar proteínas directamente, fatores que outros devem estar envolvidos. Quais foram os outros factores?

Eu combinei dados públicos e inéditos usando pesquisas bibliográficas e software de código aberto P.ex.. iRefWeb de modo a identificar as etapas nas vias de sinalização que NFkB podem ser perturbados pela mutação em EVI1. O romance alvo proteínas e os pontos de partida para o o desenvolvimento de drogas Descobri são adequados para testar neste modelo pré-clínico de otite média crônica.

Leia o nosso depoimento de Dr. Michael Cheeseman.

 

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A descoberta de destino no início na infância asma

Asma é causada por uma combinação de ambiental e genético influências, mas os elementos específicos são mal compreendidos. Um "hit" significativa detectada em um genoma de associação ampla varredura (GWAS) for childhood asthma led a client to believe that one gene pode ser parcialmente responsável. Provando que esta associação genética realmente estava causando asma foi, contudo, difícil. Em primeiro lugar, ninguém conhecia a função da proteína produzida pelo gene e segundo, alterar genes em humanos para testar uma hipótese, e não como terapia, é tecnicamente desafiador & eticamente questionável, especialmente em crianças. Felizmente, camundongos partes sobre 90% dos seus genes com humanos, Assim, os cientistas "nocauteado" gene o equivalente, então testaram se esses animais se comportaram como crianças com asma. A resposta curta é - eles não. Em função pulmonar testes que teriam asmáticos que alcançam para seus inaladores, o camundongos knock-out foram completamente normal. Assim, o que estava acontecendo? Os ratos não o suficiente como os humanos? Foi este o gene errado?

Para este projeto, Voltei aos primeiros princípios - o que era o evidência apoiando a idéia de que esse gene era responsável pela maior risco de asma? Vasculhando o literatura on-line, em artigos particulares de outros grupos que estudam a mesma gene e material suplementar não disponível em versão impressa, Houve sugestões de que os efeitos genéticos foram mais complexo. Eu encontrei evidências de que dois outros genes nas proximidades foram mais ou menos transcricionalmente ativo em asmáticos e assim poder desempenham um papel na susceptibilidade à asma. Além disso, utilizando dados do ENCODE projeto, I, o elemento regulador previsto para controlar estes genes foi conservado em ratinhos, de modo que seria possível testar as previsões experimentalmente.

Isto sugere um romance alvo terapêutico - Alterar a actividade de um aglomerado de genes, em vez de apenas um, poder alterar o risco de doença.

Atestado

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Análise de caminho de dados de expressão gênica – redução da fertilidade masculina / esterilidade

Um grupo de animais que podem se reproduzir e produzir descendentes férteis é uma das definições de uma espécie.

Isto significa que os mecanismos biológicos de fertilidade e infertilidade são de interesse não só para os biólogos evolucionistas, mas também para os médicos e, claro, para o público em geral. No Instituto de Genética Molecular em Praga, Prof. Jiri Forejt está estudando o que controla a fertilidade na prole híbrido produzido pelo cruzamento de rato sub-espécies. Ele queria saber por que alguns camundongos machos eram inférteis - ele sabia que os genes em uma região do genoma especial foram importantes, mas não o modo como esses genes influenciou a expressão do resto do genoma.

Aqui é onde eu foi recrutado para a equipe, para ajudar a identificar as classes de genes interrompidos em camundongos com fertilidade reduzida. Cientistas em seu grupo tinha produzido resultados de expressão de genes Affymetrix dos testículos de fértil, ratos sub-férteis e inférteis e eu analisamos estes dados do genoma de transcritos diferencialmente expressos-. Usando o Broad Institute maravilhosa AGEE ferramenta, I avaliou a evidência estatística de que os termos específicos do gene Ontologia e caminhos estavam sobre-representados e também se os genes diferenciais foram localizados em regiões do genoma particulares. Esta análise descobriu evidências de que específica, conjuntos funcionalmente relacionados de genes eram sobre-representados nos dados de expressão e ajudou a desenvolver novas hipóteses sobre as causas da redução da fertilidade.

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A descoberta de destino em fraqueza muscular hereditária

A fraqueza muscular pode ser causada por uma doença hereditária rara chamada miopatia miofibrilar. Gonzalo Blanco equipe encontrou um modelo do rato da doença e queria identificar a causa da fraqueza muscular grave. Seu objetivo era descobrir potenciais alvos terapêuticos para traduzir em estudos pré-clínicos e clínicos.

Antes de eu me envolvi, a doença havia sido mapeado para uma grande região de um cromossomo e equipe do Dr. Blanco estavam planejando usar os métodos convencionais de clonagem posicional para encontrar a mutação. Eu propus que uma abordagem mais rápida seria a utilização de sequenciamento de última geração destinado a genes na região. Eu projetei um conjunto de sondas para enriquecer fragmentos específicos de DNA e eu trabalhei com um bioinformata, Dr.. Michelle Simon, para conceber um oleoduto software para localizar e caracterizar mutações.

No final do processo de concepção, the pipeline was used to identify mutations in the muscle weakness mutants and predict that they altered the coding sequences of two genes; Myh4 e PMP22. Duas linhas de evidência sugerem que a mutação em Myh4, o qual codifica para uma proteína de miosina de músculo, era a causa mais provável da fraqueza. Em primeiro lugar, nossos colegas descobriram que ratos portadores de mutação única a miosina ainda tinha o traço e em segundo lugar, agregados de proteínas anormais de ratinhos afectados continha grandes quantidades da miosina.

Cientistas da Unidade de Genética do MRC mamíferos têm usado a mesma abordagem, Michelle que Simon e eu pioneira, para encontrar mutações em outros modelos de doenças.

Publicação em Genética Molecular Humana

Depoimento de Dr.. Gonzalo Blanco

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