Name: 食道扁平上皮がんに対する大要の開発 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-12T12:50:00.000+00:00
Duration: 3 min 36 s
Description: 学ぶ GEO 2Rを用いた食道扁平上皮がんの差次的発現遺伝子解析手法。バイオインフォマティクスツールで網羅的データ解析を行い、がん分子機構の理解と新規診断・治療戦略の開発に貢献する。

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<meta charset="utf8"></head><body>食道がん研究におけるマイクロアレイデータ解析パイプライン

<table><tbody><tr><td>NCBI-PUBMED</td><td>NCBI</td><td></td> https://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed <td>セクション 1 を参照。文献の検索に必要</td></tr><tr><td>インターネット設備と Web ブラウザを備えたラップトップ/Macbook またはパーソナル コンピューター。</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>g:Profiler</td><td>ELIXIR infrastructure</td><td>https://biit.cs.ut.ee/gprofiler/gost</td><td>セクション 4.10 を参照。GO:MF、GO:BP、および GO:CC 遺伝子</td></tr><tr><td>発現オムニバス</td><td>NCBI</td> の濃縮に必要 <td>https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/</td> <td>セクション 3.1 を参照。マイクロアレイ研究データベース</td></tr><tr><td>GEO2R</td><td>NCBI</td> <td>の検索に必要https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/</td> <td>セクション3.2を参照。GEO2Rツールを使用したデータの分析に必要</td></tr><tr><td>Google</td><td></td><td>Google https://www.google.com</td><td>セクション1.1を参照。文献の検索に必要</td></tr><tr><td>HGNC</td><td>はヒトゲノム機構(HUGO)の委員会です</td> <td>https://www.genenames.org</td><td>DEGs&nbspの公式遺伝子記号を知るために必要なセクション6.1を参照します。</td></tr><tr><td>HPRD</td><td>バイオインフォマティクス研究所、バングルル</td><td>&nbsp;http://hprd.org</td><td>タンパク質の構造に関する情報に必要なセクション5.1を参照&nbsp;</td></tr><tr><td>OMIM&</td><td>nbsp;ジョンズ・ホプキンス大学ボルチモア校</td><td>http://www.omim.org/entry</td><td>特定の遺伝子のOMIM IDを知るために必要なセクション8.1を参照 / DEG</td></tr><tr><td>Pangloss プログラム</td><td>Chris Seidelによって開発</td><td>http://www.pangloss.com/seidel/Protocols/venn.cgi</td><td>セクション4.9を参照。ベン図の生成に必要</td></tr> 南<tr><td>カリフォルニア</td><td></td><td>大学のPANTHER Thomasラボhttp://www.pantherdb.org/geneListAnalysis.do</td><td>セクション 4.10 を参照します。GO:MF、GO:BP、および GO:CC</td></tr><tr><td>ShinyGO&nbsp</td> のエンリッチメントに必要。<td>サウスダコタ州立大学</td><td>http://bioinformatics.sdstate.edu/go</td><td>セクション4.10を参照。染色体上のDEGの割り当てに必要</td></tr></tbody></table>

食道扁平上皮がんに対する大要の開発

Development of Compendium for Esophageal Squamous Cell Carcinoma

一例として、GEOアクセッションGSE161533は、ESCCで差次的に探索された遺伝子を研究するために使用されました。解析の代表的な結果を 図3に示します。GEO2R は、実験対象の 2 つのグループ間で大きく異なるイベントを特定するのに役立つ火山プロットを生成します。ボルケーノプロットは、y軸に-log10 の変換された有意性(p値)、x軸にfold changes(log2 transformed fold change)を持つ遺伝子全体の分布を示しており(図3A)、差次的に発現する遺伝子を可視化するのに有用です。強調表示された遺伝子は、デフォルトの調整済みp値カットオフ値0.05(青=ダウンレギュレーション、赤=アップレギュレーション)で有意に異なる発現を示します。
平均差(MD)プロットは、対数2 の倍率 変化を表示します。平均log2 発現値であり、差次的に発現する遺伝子を視覚化するのに役立ちます。MD-plotでは、log2 が形質転換した遺伝子はy軸で変化し、x軸で平均値の発現を記録します(図3B)。強調表示された遺伝子は、デフォルトの調整済みp値カットオフ値0.05(青=ダウンレギュレーション、赤=アップレギュレーション)で有意に異なる発現を示します。ボルケーノプロットは、一度に2つの処理からの情報のみを表示するという点で、MAプロットと同じ問題に直面します21。
さらに、Uniform Manifold Approximation and Projection(UMAP)22 を使用して、ESCCと正規サンプルとの関連性を評価しました(図3C)。ほとんどのサンプルはそれぞれのカテゴリーに属していましたが、通常のサンプルには2つのESCCサンプルが見つかりました。
GEO2Rは、データセット内の発現密度を効果的に示す2Dインタラクティブ発現密度プロット(図3D)を提示しました。このプロットは、DEG に正規化が必要かどうかを判断するのに役立ちます。このプロットでは、y軸は密度を示し、x軸はESCC(緑色)と法線(紫色)の両方の強度を示します。
ESCCと法線を含むさまざまなサンプル間の値の分布は、箱ひげ図に示されています。これらの分布は、サンプルが実際に差次的発現解析に適しているかどうかのヒントとなります。中央値中心の値は、データが正規化され、相互比較可能であることを明確に示します(図3E)。
同定された遺伝子は、p &lt; 0.05およびfold-change基準に基づいてフィルタリングされます。変化しない遺伝子(&lt;2.0〜&gt;0.50の倍率変化)は分析から除外されました。さらに、以前に発表された研究と比較すると、見つかった一般的な遺伝子はわずか514個ですが、得られた遺伝子の一意の数は1193個です。GEO2Rを使用してユニークな遺伝子を同定すると、冗長性を減らすだけでなく、大要を充実させるのに役立つことに注意することが重要です。
DEG の部分的なリストは表 1 に記載されていますが、DEG の完全なリストは補足ファイル 1 に記載されています。MMP1 8,23,24、MMP1223,25、SPP1 8,26、POSTN9、VCAN 8,27など、アップレギュレーションされた遺伝子の一部は細胞外マトリックスに属します。表1にリストされている他の遺伝子の中には、CMPK2、AURKA28,29、CHEK127、およびCDK130がアップレギュレーションされ、EMP127、PTK631,32、GPX327、DPT33、FHL134,35、およびCRNN 8,36が含まれますは、正常な上皮と比較してESCCでダウンレギュレーションされます。.POSTN(ペリオスチン)はESCCでアップレギュレーションされており、食道腺癌の場合にも報告されています。.ESCCに関する先行研究では、POSTNタンパク質の発現が間質領域だけでなく腫瘍細胞でも観察されたことが報告されており、腫瘍と微小環境の間には相互作用があることが示唆されている9。ペリオスチンは、主に間葉系細胞から分泌されるタンパク質で、骨芽細胞の調節、接着、分化、創傷修復に重要な役割を果たしています。さらに、ペリオスチンは、ESCCを含むさまざまながんの腫瘍の進行と転移に関与しています。研究によると、ペリオスチンはがんや腫瘍血管新生における上皮間葉転換(EMT)に関与し、腫瘍の細胞遊走、運動性、接着、転移性細胞増殖を促進します。食道の前癌状態であるバレット食道では、正常な食道組織と比較して、ペリオスチンをコードする遺伝子であるPOSTNの有意なアップレギュレーションがある37。食道の炎症性疾患である好酸球性食道炎では、正常な食道上皮と比較して、ペリオスチンmRNAとタンパク質の発現レベルの両方がアップレギュレーションされます。同様に、ESCCでは、遺伝子発現解析においてPOSTNが11倍アップレギュレーションされることがわかりました9。これらの知見は、POSTNがESCCや他のがんのバイオマーカーとして役立つ可能性を示唆している。さらに、血清POSTNレベルの上昇は、骨転移を伴う対角線化された乳がん患者で報告されており、POSTNはESCC患者の血清中の潜在的な転移性バイオマーカーとしてもさらに調査できる可能性があることを反映しています。全体として、POSTNは腫瘍の進行に重要な役割を果たしていると考えられており、がんの診断、予後、および治療に臨床的に潜在的な影響を与える可能性がある。
個々の染色体上のDEGの染色体分布は、遺伝子の最大数が染色体1〜6、およびXからのものであることを示しています(図4)。ShinyGOベースの経路解析では、DEGs解析時にいくつかの重要な経路が現れることが示されました。これらのいくつかは、IL-17シグナル伝達経路、タンパク質の消化吸収、ECM受容体相互作用、TNFシグナル伝達経路、Toll様受容体シグナル伝達経路、ケモカインシグナル伝達経路、サイトカイン-サイトカイン受容体相互作用、アルコール肝疾患、癌におけるマイクロRNA、癌における転写調節不全、細胞周期、およびESCCにおけるNONO様受容体シグナル伝達経路であった。さらに、DEGにおけるGO項の濃縮は、g:Profiler解析を用いて行われました。分子機能(GO:MF)、細胞成分(GO:CC)、および生物学的プロセス(GO:BP)のさまざまなGO用語が濃縮されました(図5)。これらのGO条件のリストは、 表2に示されています。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig01.jpg"> 
図1:GEO2Rプログラムを使用した遺伝子発現オムニバスで利用可能な食道扁平上皮がんの研究の処理の概略図。 このスキーマでは、倍率変化に基づくDEGの選択基準、アップレギュレーション&gt;2.0倍と p &lt;0.05、ダウンレギュレーションの&lt;0.5と p値&lt;0.05など、差次的に制御される遺伝子(DEG)または異なる制御分子(DEM)の同定に関与するさまざまなステップが示されています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig02.jpg"> 
図2:他の公開されているリソースを使用して利用可能な食道扁平上皮がんの差次的に制御された遺伝子に関する追加情報を見つけるための概略図。 さらに、DEGsは、臨床現場でのさらなる検証と評価のために選択する必要があるDEGを決定する上で重要です。エイリアスの抽出、公式の遺伝子記号、染色体の位置/遺伝子座、OMIM、ドメイン/モチーフ、タンパク質の分泌性、タンパク質レベルでの検証に適した抗体の利用可能性などの情報は、さまざまなオンラインリソースから入手できます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig03.jpg"> 
図3:ESCC と 正常の間のDEGの同定のためのGEO2Rプログラムを使用したGEOアクセッションGSE161533を用いた研究の分布。 GEO2Rプログラムは、(A)y軸に-log10 の変換された有意性(p値)、x軸にfold changes(log2 transformed fold change)を持つ遺伝子分布を表すVolcanoプロット、(B)log2 のfold change と 平均log2 発現値を表示するMDプロットプロット、差次的に発現する遺伝子を視覚化するためのデフォルトのパラメータで使用されました。 (C)UMAP(Uniform Manifold Approximation and Projection)は、サンプルのタイプに基づく分離を示し、(D)発現密度プロットは、差次的発現解析の前にデータの正規化をチェックするため、発現密度プロットは補完的であり、(E)データの正規化が相互比較可能であることを示すために、サンプル全体の中央中心値を示す箱ひげ図。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig04.jpg"> 
図4:ShinyGOエンリッチメントツールを使用した異なる染色体遺伝子座上のDEGの分布 (A)現在と以前に発表された研究を比較するためのベン図を生成することにより、ユニークな遺伝子を同定した。(B)ゲノム内の異なる染色体上のDEGの分布。(C)ShinyGOベースの濃縮分析を使用したDEGの経路濃縮。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig05.jpg"> 
図5:マンハッタンプロットにより、g:Profilerを使用した標的遺伝子のGO項濃縮を図 示。差次的に発現した遺伝子をg:ProfilerとGO用語での濃縮(MF:molecular function;BP:生物学的プロセス;CC: cellular component) と Reactome pathways (REAC)、WiKi-Pathways (WP)、転写因子 (TF)、microRNA 標的塩基 (MIRNA) の KEGG 経路をマンハッタンプロットにグラフィカルに示しました。ここで、x 軸はカテゴリ別に色分けされた GO 機能用語です。各色付きのドットは GO 用語を表します。Y 軸は、調整された -log10p 値を示します。ESCC で統計的に有意な GO 項が X 軸に示されています。MF:分子機能;BP:生物学的プロセス;CC:細胞成分;MIRNA:マイクロRNA;HP:ヒューマン表現型。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
表1:ESCCで差次的に発現する遺伝子の部分的なリスト。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480_Table%201.xlsx" target="_blank">この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
表 2: g: Profiler を使用した ESCC での GO 用語のエンリッチメント<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480_Table%202.xlsx" target="_blank">この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
補足ファイル1:ESCCで差次的に発現する遺伝子の完全なリスト。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/Supple%20Table-1.pdf" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>

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食道扁平上皮がんに対する大要の開発

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