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Ermittlung von Schlüsselfaktoren von Raumfahrt transkriptomischen Daten unterstützen NASA mit Bestimmung der gesundheitlichen Risiken und mögliche Gegenmaßnahmen zu entwickeln zur Bekämpfung der negativen Auswirkungen auf die Gesundheit der Astronauten. In unserem kürzlich erschienenen Publikation, haben wir die oben genannten Schritte verfolgt und verwendet GeneLab Datasets um erfolgreich zeigen einen Roman zu finden, dass CO2 -Konzentrationen auf der ISS Gesundheit36auswirken können. Wir haben die Technik über auch in anderen Studien verwendet, um erfolgreich die Schlüsselfaktoren Antrieb des Systems sein Studium45,46,47,48,49,50 bestimmen . Hier zeigen wir, wie die Ergebnisse von der Nutzung dieses Protokolls erfolgreich eingesetzt werden können, um die Schlüsselfaktoren bestimmen.
In dieser Studie konzentrierten wir uns in erster Linie auf die biologischen Unterschiede, die bei Nagern befindet sich in der Nagetier Gewohnheiten Boden Steuerelemente und das Vivarium Steuerelemente auftreten. Wie oben beschrieben, ist es der Schlüssel zu einem besseren Verständnis dieser beiden Lebensräume, die uns Aufschluss über mögliche Störfaktoren geben werden, die Gesundheit durch die Umwelt auf der ISS auswirken können. Für alle Nager Raumfahrt Experimente sind diese Boden-Steuerelemente auch wichtig, um festzustellen, welche biologischen Faktoren direkt mit Raumfahrt oder aufgrund der Umgebungsbedingungen auf die ISS zugeordnet sind. Wie im Protokoll erwähnt, ist der Umweltbedingungen für den Lebensraum Vivarium nicht der höheren CO-2 -Ebene ausgesetzt, die für das Nagetier Lebensraum vorhanden ist. Der Vivarium Lebensraum hat die normale CO-2 -Ebene, die auf der Erde (derzeit 300 bis 380 ppm) vorhanden ist. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit für beide Lebensräume sind ähnlich.
Wir die folgenden Datensätze aus der GeneLab-Plattform verwendet, um ermitteln die Schlüsselgene zwischen die Nagetiere in Nagetier-Lebensraum Boden Kontrollen und Vivarium-Boden-Steuerelemente, die verantwortlich für die Unterschiede zwischen den beiden Lebensräume sind untergebracht: GLDS-21, GLDS-111, GLDS-25 und GLDS-63. Analyse zur Bestimmung der wesentlichen Gene erfolgte wie oben beschrieben, zwischen dem Nagetier Lebensraum (zuvor AEM) und Vivarium Kontrollen unabhängig für jedes Dataset. PCA Grundstücke zeigte Gruppierung der biologischen repliziert (Abbildung 4 zeigt, dass die PCA für GLDS-21 Grundstücke). Aus den vorverarbeiteten Daten bestimmt wir die führende Gene aus den verschiedenen GSEA Gen-Sets. Mit den Genen mit 1.2-fache-Änderung (Log2), konnten wir mit Prognosen für upstream Regler, kanonische Pfade und Biofunctions beteiligten Gene vorhersagen. Für jedes Dataset fanden wir dann die gemeinsamen/überlappende Gene für alle Gene (Abbildung 5) beteiligt. Diese Gene werden jetzt geglaubt, um die Reaktion zwischen der Nagetiere im Nagetier Lebensräume (oder AEM) fahren und Vivarium Kontrollen. Netzdarstellung von wie diese Schlüsselgene connect zeigt, dass die zentralen Hubs für jedes Dataset Wesen analysiert (Abbildung 6). MAPK1 ist beispielsweise die zentrale Drehscheibe für STS-108 Skelett Muskelgewebe von Mäusen (Abb. 6A). Dies würde als das Gen, das treibt die Schlüsselgene und höchstwahrscheinlich der Hauptakteur für die Entstehung von biologischen Unterschiede für Mäuse untergebracht in Nagetier Lebensräume im Vergleich zu den Käfigen Vivarium interpretiert werden. In unserer bisherigen Arbeit besprechen wir wie diese Schlüsselgene CO2 Antwort aus der vorhandenen wissenschaftlichen Literatur zugeordnet sind und wie diese Gene für biologische Veränderungen in den Mäusen36verantwortlich sein können.
Systeme Biologie Handeln bestimmt wir als nächstes einen "master Regulator", die alle Datensätze/Gewebe verbindet und ist potentiell Verantwortliche für universellen biologischen Wirkungen bei Nagern in Beschäftigtenanteil im Vergleich zum Vivarium Käfigen untergebracht. Dies geschah durch die Bestimmung des Gens aus den Datensätzen, die am meisten verbunden ist beim Bau eines Netzwerks von allen Schlüsselgene. Wir konnten zeigen, dass MAPK1 der vernetzten gen und zum Zentrum von allen Schlüsselgene (Abbildung 7). Um sicherzustellen, dass MAPK1 für biologische Veränderungen bei Mäusen aus den höheren CO2 Ebenen im Beschäftigtenanteil verantwortlich sein könnten, haben wir uns durch die wissenschaftliche Literatur für Belege. Wir fanden mehrere Studien, die Korrelation des MAPK1 mit CO259 und Hypoxie19,60,61.

Abbildung 1 : The Nagetier Habitat (zuvor AEM) im Vergleich zu den Käfigen Vivarium. (A) Bild von der AEM-Käfig zur Verfügung gestellt von der NASA (Credits: NASA/Dominic Hart). (B) der standard Vivarium-Käfig, die derzeit verwendet (Foto von unserem Labor). Diese Zahl verändert wurde, vom Beheshti Et Al.36. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 2 : The Nagetier-Lebensraum-Hardware-System mit den drei verschiedenen Modulen, die während des Transports zum und vom Weltraum-Missionen beteiligt. Die linke (A) ist die Nagetier Lebensraum Modul (zuvor AEM), das Modul (B) ist der Transporter und das richtige Modul (C) ist das Tier Access Unit (AAU). (D) Das Maus-Verteilergetriebe (MTB). (Credits: NASA/Dominic Hart). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3 : Beispiel Analyse-Workflow, die in die GeneLab Galaxy-Schnittstelle zum Prozess RNA-Seq-Daten verwendet werden kann. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4 : Wichtigste Komponente (Analysis, PCA) repräsentativen Datensatzes nach Vorverarbeitung Schritte. GLDS-21 Dataset für AEM vs. Vivarium Käfig erscheint der murinen Skelettmuskulatur von der Mission STS-118. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5 : Venn-Diagramm darstellt, welche Schlüsselgene bestimmt sind mit verschiedenen Weg Vorhersage-Tools. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 6 : Die Schlüsselgene bestimmt für alle Bedingungen und murinen Geweben zwischen der AEM Vs . Vivarium Käfige. (A-E) Netzwerk-Darstellung der wichtigsten Gene für jedes Dataset/Nagetier-Gewebe. Log2 Falten-Änderungen (mit einem Cutoff von 1.2-fache-Änderung) auf die Genexpression wurden verwendet, um verschiedene Schattierungen von Grün für Fach-Veränderungen in Genen herunterreguliert, beschaffen, während verschiedene Schattierungen von rot Fold-Änderung hochreguliert Gene darstellen. Je dunkler die Schattierung von Grün oder rot, je größer die Falte-Änderung. Diese Zahl verändert wurde, vom Beheshti Et Al.36. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 7 : Ermittlung des "master Reglers" für Nager in Nagetier-Lebensraum-Gehäuse im Vergleich zum Vivarium Käfige. Verbindungen zwischen allen einzelnen Schlüsselgene (Abbildung 6) wurden ermittelt und als Netzwerk durch IPA angezeigt. Netzwerk wird als radial Plot mit den vernetzten Schlüssel-Gen, MAPK1, in der Mitte dargestellt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Ergänzende Abbildung 1: GeneLab-GenomeSpace Integration mit ISACreator zur Straffung Datenverarbeitungsvorgänge. Klicken Sie bitte hier, um diese Zahl zu downloaden.
Ergänzende Abbildung 2: Screenshot des GeneLab sucht mithilfe der Föderation/Integration mit heterogenen Bioinformatik externe Datenbanken (GEO, stolz, MG-RAST). Bitte klicken Sie hier, um diese Zahl zu downloaden
Zusätzliche Abbildung 3: Screenshot des GeneLab collaborative Workspace zeigt dem Benutzer account-Management und Zugriff auf Bedienelemente (z. B., private, gemeinsame, öffentliche Ordner). Bitte klicken Sie hier, um diese Zahl zu downloaden