$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Zoals we allemaal weten, is blaaskanker (BLCA) een van de meest agressieve en uitgezaaide kwaadaardige tumoren ter wereld, en er zijn nog steeds problemen met de huidige biomarkers voor blaaskanker, zoals onnauwkeurigheidenzovoort. Om de prognose van BLCA-patiënten te bepalen en de uitkomsten van BLCA-patiënten te voorspellen, zijn het zoeken naar biomarkers voor blaaskanker en het opstellen van prognostische modellen van groot belang. Hoewel mensen enkele onderzoeksmethoden voor biomarkers hebben ontwikkeld, zijn de meeste van deze methoden momenteel beperkt tot transcriptomics, wat onvermijdelijk leidt tot heterogeniteit in monsters2. Bovendien faalt het bestuderen van transcriptomica-gegevens vaak niet om de rollen van verschillende celsubpopulaties te onderzoeken, evenals de functies van genen in verschillende routes op enkelcelniveau, wat eerder onderzoek minder nauwkeurigen effectief maakt. Aangezien single-cell analyse voor beginners uitdagend kan zijn, is er een online platform geïntroduceerd voor single-cell analyse om hen te helpen de vaardigheden snel te leren4. Last but not least, zelfs als één gen via transcriptoomanalyse en single-cel analyse een geschikte biomarker blijkt te zijn, is er geen garantie dat de biomarker toepasbaar zal zijn op alle cohorten, dus is het noodzakelijk om prognostische modellen te construeren die bij de biomarker horten om de conclusies universeler toepasbaar te maken5. Het 101 machine learning-algoritme verwijst naar de constructie van 101 prognosemodellen met behulp van een combinatie van 10 verschillende machine learning-algoritmen, met als doel het optimale prognosemodel te identificeren. De opname van algoritmen zoals random forest, XGBoost en SVM, die beter in staat zijn om complexe data te verwerken en meer stabiliteit vertonen, heeft ertoe geleid dat dit gecombineerde algoritme opmerkelijke stabiliteit aantoont. Om dit prognostische model nauwkeuriger en relevanter te maken voor de biomarker, wordt eerst een correlatieanalyse uitgevoerd tussen alle genen en de biomarker, waarna ongeveer 20-30 genen worden geselecteerd op basis van de vereisten, en vervolgens een 101 machine learning-algoritme wordt gebruikt om het prognostische model te bouwen, gevolgd door een reeks analyses om de resultaten af te ronden.
In vergelijking met de biomarkers die door eenvoudige transcriptomics-analyse van de afgelopen6 werden voorspeld, maken de biomarkers van single-cell en transcriptomics-analyse een onbevooroordeelde ontleding van weefsels of monsters in hun basale cellulaire componenten mogelijk. Het maakt de duidelijke differentiatie van verschillende celtypen mogelijk (zoals T-cellen, B-cellen en macrofagen) en de ontdekking van nieuwe subpopulaties (zoals uitgeputte T-cellen en regulerende T-cellen), evenals de vangst van continue dynamische processen (zoals celdifferentiatietrajecten)4. Het is vergelijkbaar met het apart rangschikken van fruit en melk, waardoor je elk onderdeel en de hoeveelheid duidelijk kunt visualiseren. In vergelijking met Cox-modellen7 in één cohort is het prognostische model dat is opgebouwd met 101 machine learning ook nauwkeuriger en wetenschappelijk solide, omdat het automatisch uit de data kan leren over de complexe, niet-lineaire interacties tussen variabelen. Zo kan de impact van een specifieke genetische mutatie alleen significant zijn bij patiënten van bepaalde leeftijden en tumorgroottes. Machine learning-modellen zoals random forests en neurale netwerken kunnen deze interacties van hoge orde automatisch vastleggen zonder dat er handmatige specificatie8 nodig is. De signaalsleuteltoepassingsbeperkingen die de dataset voor de analyse gebruikt, moeten de overgrote meerderheid van de genen omvatten, waarbij het aantal genen niet te laag is en het aantal genen dat wordt gebruikt voor het construeren van prognostische modellen niet te hoog is, doorgaans rond de 20-30, wat optimaal is. De kwaliteitscontrolestandaard van de single cell set moet hoger zijn dan 1000, het UMI-aantal per cel hoger dan 1000, en het genaantal per cel moet hoger zijn dan 5009.
Hier wordt een stapsgewijze aanpak geboden voor de identificatie van nieuwe biomarkers uit openbare transcriptomische datasets en single-cell datasets, waarbij de rol van TRPM4 in BLCA als voorbeeld wordt genomen. Er worden meerdere onderzoeksmethoden gebruikt en diverse datasets – waaronder de Cancer Genome Atlas-Bladder Cancer (TCGA-BLCA) dataset, single-cell dataset GSE145281 en BLCA datasets GSE32894 en GSE31684 – om de precisie en toepasbaarheid van biomarkers in de oncologie vanuit meerdere perspectieven te verbeteren en de studie van TRPM4 in BLCA te bevorderen. De TCGA-BLCA dataset is verkregen van de website van de University of California, Santa Cruz Xena (UCSC Xena). GSE32894 en GSE31684 werden gedownload van de Gene Expression Omnibus (GEO), en single-cel data GSE145281 afkomstig was van Tumor Immune Single-Cell Hub 2 (TISCH2). Daarnaast werden gegevens over BLCA-moleculaire subtypes en behandelingsresponsen gehaald uit aanvullende spreadsheetbestanden van een relevant artikel. Bio-informatica-analyse, single-cell analyse en machine learning worden vervolgens uitgevoerd, waarmee een geïntegreerde single-gene onderzoeksmethodologie wordt vastgesteld.