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Die Massen-RNA-Sequenzierung ermöglicht den Vergleich der Expressionsniveaus für Tausende von Genen in einer Population von Fallzellen mit einer Population von Kontrollzellen. Die Experimente sind in der Regel so ausgelegt, dass sie mindestens dreifache Proben umfassen, idealerweise biologische Replikate, obwohl technische Replikate ausreichen können. Dieses Design berücksichtigt die biologische Variabilität und reduziert die Auswirkungen von Ausreißerproben. Die Analyse dieser Expressionsmuster bietet einen detaillierten Einblick in die Wirkung der interessierenden Krankheit auf normale zelluläre Prozesse und kann möglicherweise die Vorhersage relevanter Therapeutika ermöglichen.
Die Vorverarbeitung von Massen-RNA-Sequenzierungsdaten umfasst in der Regel: Qualitätskontrolle von Sequenzierungs-Reads (für Wiederholungen, Sequenzierungsadapter, GC% usw.), Read-Trimming und Adapterentfernung, Read-Mapping/Quantifizierung 1,2,3 und differentielle Expressionsanalyse 4,5,6. Glücklicherweise wurde eine Vielzahl von Analyseprozessen automatisiert, um die manuelle Arbeit im Zusammenhang mit diesen Schritten zu reduzieren 7,8,9. Nach Abschluss der Vorverarbeitung umfassen die häufig durchgeführten Downstream-Analysen die Analyse der funktionellen Überrepräsentation mit Genontologien, die Anreicherung von Signalwegen und die Variation des Spleißens. Diese nachgelagerten Analysen fassen die differentiellen Expressionsergebnisse zusammen und erleichtern die Interpretation auf einer höheren Granularitätsebene als die Genlisten allein.
Es wurden verschiedene Instrumente entwickelt, mit dem Ziel, bestehende Therapeutika für einen genau definierten Krankheitstyp oder -subtyp wiederzuverwenden. Dies wird erreicht, indem der Algorithmus mit Multiple-Omics-Datentypen für die beabsichtigte Krankheit trainiert wird. Leider machen solche Bemühungen, die Spezifität und Sensitivität bei einer beabsichtigten Krankheit zu verbessern, den Einsatz der Instrumente in allgemeineren Kontexten oft suboptimal10,11. Ein weiterer Satz von Instrumenten ist breiter anwendbar auf Fälle, in denen Genexpressionsprofile entweder mit vorhandenen Signaturen der Genexpression12,13 oder mit den quantifizierten Wirkungen aktueller Therapeutika14,15 abgeglichen werden. Diese breiter anwendbaren Instrumente erreichen jedoch oft eine verringerte Spezifität und Sensitivität für ein breites Spektrum von Krankheiten und/oder wurden mit veralteten Daten trainiert.
Im Gegensatz dazu wurde der Pathway2Targets-Algorithmus zuvor zur Vorhersage potenzieller therapeutischer Ziele bei B-Zell-Lymphomen, Parodontitis, östrogenpositivem Brustkrebs, dreifach negativem Brustkrebs und dem Chikungunya-Virus 16,17,18,19,20,21 angewendet. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass dieses Instrument in der Lage ist, robuste und biologisch relevante Ziele vorherzusagen. Beeindruckend ist, dass Pathway2Targets 392 potenzielle Angriffspunkte für dreifach negativen Brustkrebs vorhersagte, von denen 60 in klinischen Studien getestet wurden; sowie 828 einzelne Medikamente gegen TBNC, von denen 37 getestet wurden17. In der Lymphomstudie sagte dieser Algorithmus 915 Medikamente voraus, von denen 461 von der FDA zugelassen sind19.
Das Ziel der aktuellen Arbeit ist es, ein Berechnungsprotokoll zu beschreiben, das es mehr Forschern ermöglicht, den kürzlich entwickelten Pathway2Targets-Algorithmus effektiv zu nutzen, die vom Zugang zu aussagekräftigeren Anweisungen zum Ausführen von Programmen auf der Befehlszeile profitieren könnten (Abbildung 1). Pathway2Targets prognostiziert Ziele für eine bestimmte Erkrankung durch die Kombination von differentiellen Expressionsdaten, Gen-Krankheits-Assoziationen, Informationen zu klinischen Studien, öffentlichen Zieldaten22, Signalweginformationen und anderen Metriken. Wichtig ist, dass dieser Algorithmus ein einzigartiges und anpassbares Gewichtungsschema enthält, das es den Nutzern ermöglicht, die ~20 zielbezogenen Metriken zu bestimmen, die sie in ihrer Analyse bevorzugen, wie z. B. die Anzahl der Krankheitsassoziationen, die Anzahl der Signalwege, die Anzahl der einzigartigen Medikamente, die Anzahl der Therapeutika in jeder Phase klinischer Studien usw.23. Als beispielhafter Anwendungsfall für dieses Protokoll werden wir einen bestehenden Darmkrebsdatensatzerneut analysieren 24.