مجموعات بيانات النسخ المكانية للتنقيب باستخدام DeepSpaceDB

نحن نصنع قاعدة بيانات النسخ المكانية تسمى DeepSpaceDB. الدعوة هي جعل بيانات النسخ المكانية أكثر سهولة لعلماء الأحياء وعلماء المعلوماتية الحيوية. تم تطوير العديد من منصات النسخ المكانية.

إنها تسمح للباحثين بدراسة أنماط التعبير الجيني داخل شرائح الأنسجة. لكن هذه التكنولوجيا باهظة الثمن ويتطلب تحليل البيانات مهارات عالية المستوى في المعلوماتية الحيوية. لقد استخدمنا الإيقاع ومنصة Xenium المكانية ، أبحاث CEX الخاصة بالسرطان.

تسمح لنا هذه المنصة بتحديد الورم والتورم وحتى الأنسجة المضيفة البعيدة في نفس سياق العضو. يمكن أن يساعدنا في حل التغييرات في التعبير والحساب الخلوي في كل حجرة على حدة. أحد التحديات الرئيسية التي يواجهها علماء الأحياء هو إجراء تحليل البيانات.

لذلك هناك العديد من الباحثين الذين يفتقرون إلى مهارات البرمجة والحسابية اللازمة ليكونوا قادرين على تفسير عدد كبير بشكل متزايد من مجموعات بيانات النسخ المكانية التي أصبحت متاحة الآن. من خلال تسهيل الوصول إلى مجموعات بيانات النسخ المكاني ، تمكن قاعدة البيانات المستخدمين من إنشاء فرضيات جديدة ، واستكشاف الآليات الكامنة وراء الأمراض المختلفة. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكننا تقييم أنماط التعبير الجيني المكاني المرتبطة بالبيئة المكروية للورم.

للبدء ، انقر فوق علامة التبويب قاعدة البيانات وحدد الكائن الحي كفأر ، والعضو كدماغ ، والمصدر ك Zenodo. قم بالتمرير عبر العينات الناتجة وحدد العينة المسماة DSID001557. ثم انقر فوق العينة المحددة وتأكد من أن الوصف يقرأ 2 مليون خلية في 100 ميكرولتر من الخلايا الطبيعية الطبيعية المالحة.

انقر فوق علامة التبويب الجودة لتقييم جودة العينة. من القائمة المنسدلة لمقاييس الجودة ، حدد خيارات مثل الجينات المكتشفة ، وعدد القراءة ، و mito لعرض توزيعات المعلمات ذات الصلة عبر شريحة العينة. الآن ، انتقل إلى علامة تبويب التعليق التوضيحي للصورة لتحديد مناطق مختلفة في شريحة العينة.

حرك مؤشر الماوس فوق شريحة العينة لعرض التعليقات التوضيحية. عرض التعليقات التوضيحية المستندة إلى الشبكة التي تم إنشاؤها بواسطة نموذج لغة كبير تعرض الميزات التشريحية والظروف المرتبطة بها. ثم انتقل إلى علامة تبويب المجموعات لفحص مجموعات نوع الخلية في شريحة العينة.

عرض التضمين ثنائي الأبعاد للمجموعات والتمثيل اللوني المقابل عبر البقع على شريحة العينة. بعد ذلك ، انتقل إلى علامة التبويب الجينات لفحص الجينات المتغيرة مكانيا في العينة. انقر فوق بعض أفضل الجينات في القائمة لإنشاء مخططات مكانية لتعبيرها عبر شريحة الأنسجة.

راقب أنماط التعبير المرمزة بالألوان ، والتي تظهر بوضوح توزيعات مكانية مميزة للجينات ذات الدرجات الأعلى. ثم انتقل إلى علامة التبويب المسارات لفحص نشاط مجموعات الجينات المرتبطة بالمسارات البيولوجية الشائعة. اعرض قائمة المسارات المتغيرة مكانيا مع نشاط المسار المقدر بناء على مستويات التعبير عن الجينات ذات الصلة.

انقر فوق بعض المسارات العليا في القائمة لإنشاء مخططات مكانية لنشاطها عبر شريحة الأنسجة. راقب الأنماط المرمزة بالألوان لنشاط المسار عبر مناطق الأنسجة المختلفة. الآن ، انتقل إلى علامة التبويب مستكشف الأنسجة ، والتي تتيح للمستخدمين تحديد مناطق الاهتمام بحرية ومقارنة أنماط التعبير الجيني بينهم.

تأكد من تنشيط التحديد اليدوي. باستخدام مؤشر الماوس ، حدد البقع الموجودة في منطقة الحصين على الجانب الأيسر من شريحة دماغ الماوس. انقر فوق تعيين واحد ، ثم أضف إلى تعيين لتمييز النقاط المحددة على اللوحة اليمنى.

ثم انقر فوق المجموعة الثانية واستخدم مؤشر الماوس لتحديد البقع في منطقة ما تحت المهاد من شريحة الدماغ. انقر فوق إضافة لتعيين لتمييز هذه النقاط المحددة على الجانب الأيمن. بعد الانتهاء من الاختيار الموضعي ، انقر فوق الزر مقارنة التعبير الجيني.

يؤدي هذا إلى إنشاء جدول يعرض متوسط قيم التعبير الجيني لكل منطقة محددة جنبا إلى جنب مع تمثيل مخطط مبعثر. حرك المؤشر فوق النقاط الفردية في مخطط التبعثر لتأكيد أسماء الجينات ومتوسط قيم التعبير في كلتا المنطقتين. بناء على نتائج المقارنة ، حدد الجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي.

انتقل مرة أخرى إلى علامة تبويب الجينات وتصور التعبير عن هذه الجينات عبر شريحة الأنسجة. انقر فوق علامة التبويب قاعدة البيانات واستخدم الفلتر لتحديد الكائن الحي كفأر ، والعضو ككبد ، والحالة على أنها سرطان. من قائمة العينات الناتجة، حدد DSID001005 العينة.

انقر فوق العينة المحددة وتأكد من أن الوصف يشير إلى أن العينة من كبد فأر ، تحتوي على ورم خبيث من أصل سرطان القولون والمستقيم. ثم انتقل إلى علامة التبويب مستكشف الأنسجة وقم بتنشيط وضع التحديد اليدوي. باستخدام مؤشر الماوس ، حدد البقع المقابلة لمنطقة الورم التي تم تحديدها من خلال التعبير الإيجابي لعلامة EpCAM في DSID001005 العينة.

انقر فوق مجموعة واحدة. ثم حدد إضافة لتعيين لتمييز بقع الورم المحددة على الجانب الأيمن. الآن ، انقر فوق المجموعة الثانية واستخدم المؤشر لتحديد البقع في المنطقة البعيدة غير الورمية من عينة الكبد.

انقر فوق إضافة لتعيين لتمييز البقع غير السرطانية المحددة على الجانب الأيمن من الشاشة. لإجراء مزيد من التحليل لبيانات التعبير الجيني ، انقر فوق خيار تنزيل CSV ، مما يؤدي إلى إنشاء ملف قيم مفصولة بفواصل لبيانات التعبير الجيني لمنطقتي العينة. بعد تكرار خطوات التنقل في قاعدة البيانات DSID001007 ، تأكد من أن الوصف ينص على أنها شريحة أخرى من كبد الفأر تحتوي على نقائل من أصل سرطان القولون والمستقيم.

بعد ذلك ، تأكد من إنشاء ملفين ل CSV ، أحدهما من كل من العينات DSID001005 و DSID001007 ، يحتوي على عمودين يمثلان متوسط التعبير الجيني في مناطق الورم والمناطق غير الورمية. قم بتحميل كلا ملفي CSV في بيئة برمجة R. دمج مجموعات البيانات لإجراء تحليل انتقال البيانات باستخدام نسختين متماثلتين لكل شرط.

في R ، استخدم حزمة limma لإجراء تحليل التعبير الجيني التفاضلي على مجموعة بيانات الدمج. قم بتعيين مناطق نقائل القولون والمستقيم من كلتا العينتين إلى مجموعة السرطان والمناطق الصحية البعيدة إلى المجموعة الضابطة. قم بتصفية النتائج لتحديد الجينات التي تم تنظيمها مع تغيير الطية اللوغاريتمية أكبر من 0.5 وقيمة P معدلة أقل من 0.05.

وبالمثل ، قم باستخراج الجينات التي تم تنظيمها بشكل مخفض، مع تغيير الطية اللوغاريتمية أقل من سالب 0.5 وقيمة P معدلة أقل من 0.05. لوحظت منطقة مميزة منخفضة الجودة على الجانب الأيسر من عينة دماغ الفأر ، تتميز بعدد أقل من الجينات المكتشفة وانخفاض عدد القراءات. أظهرت العينة ما معدله حوالي 4,000 جين تم اكتشافه في كل بقعة ، مما يتماشى بشكل جيد مع توزيع العينات الأخرى في قاعدة البيانات.

تم تحديد 15 مجموعة مكانية عبر عينة دماغ الفأر بحدود مميزة تمثل الاختلافات التشريحية. أظهرت الجينات NRGN و SLC17A7 و DDN تعبيرا قويا في منطقة الحصين. في المقابل ، تم توطين تعبير LY6H في المناطق القشرية ، لا سيما الحواف الخارجية السفلية اليسرى واليمنى للشريحة.

زاد نشاط إشارات الببتيد العصبي بشكل ملحوظ في المناطق القشرية السفلية من شريحة العينة. تم تنشيط تنظيم اللدونة المشبكية عبر منطقة الحصين ، لا سيما في المناطق الوسطى العليا. تم رفع نشاط نقل الناقل العصبي عبر الأقسام الوسطى والعليا اليمنى من الحصين.

أظهر الجين CLDN7 و CLDN4 و ACTG1 تنظيما واضحا في منطقة الورم مع ورم خبيث في القولون والمستقيم في عينة الكبد DSID 001005. في المقابل ، كان التعبير عن CLDN7 و CLDN4 و ACTG1 أقل بشكل ملحوظ في أنسجة الكبد السليمة البعيدة في DSID001007 العينة.