$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rak piersi jest niejednorodną chorobą o zróżnicowanym rokowaniu i strategiach leczenia w różnych podtypach molekularnych, w której patogeneza i rozwój są prawdopodobnie związane z różnymi mechanizmami molekularnymi1,2,3. Jednak zidentyfikowanie celu terapeutycznego zwykle zajmuje lata, a nawet dekady, od pierwszego odkrycia w badaniach podstawowych do zastosowania klinicznego4. Zastosowanie technologii sekwencjonowania wysokoprzepustowego w genomie nowotworów znacznie posunęło naprzód proces poszukiwania cennych biomarkerów lub celów terapeutycznych 5.
Przytłaczająca ilość danych genomicznych nowotworów generowanych przez platformy genomiki nowotworów na dużą skalę, takie jak ICGC (International Cancer Genome Consortium) i TCGA (The Cancer Genome Atlas), stanowi wielkie wyzwanie dla badaczy do eksploracji, integracji i analizy danych, szczególnie dla użytkowników nieposiadających intensywnego szkolenia w zakresie informatyki i obliczeń6,7,8,9,10. W ostatnich latach nowe bazy danych (np. ONCOMINE, bcGenExMiner v4.0, ploter Kaplana-Meiera itp.) zostały zaprojektowane i opracowane w celu obniżenia poprzeczki w podejściu do skomplikowanych zestawów danych genomowych raka, ułatwiając w ten sposób badaczom analizę i interpretację genów, próbek i danych klinicznych w różnych typach raka11. Celem tego protokołu jest opisanie strategii badawczej, która integruje się z wieloma poziomami informacji o genach z serii baz danych o otwartym dostępie, które zostały szeroko uznane przez wielu badaczy, w celu zidentyfikowania potencjalnych biomarkerów i czynników prognostycznych raka piersi.
Baza danych ONCOMINE to internetowa platforma do eksploracji danych z informacjami o mikromacierzach nowotworowych i została zaprojektowana w celu ułatwienia odkrywania nowych biomarkerów i celów terapeutycznych11. Obecnie w tej bazie danych znajduje się ponad 48 milionów pomiarów ekspresji genów z 65 zestawów danych dotyczących ekspresji genów11,12. bcGenExMiner v4.0 (bezpłatne narzędzie dla instytucji non-profit), zwane również Rak Piersi Gene-Expression Miner, to przyjazna dla użytkownika aplikacja internetowa zawierająca wyniki mikromacierzy DNA 3 414 wyleczonych pacjentów z rakiem piersi i 1 209 doświadczyło pejoratywnego zdarzenia13. Został zaprojektowany w celu poprawy wydajności analizy prognostycznej genów za pomocą oprogramowania i pakietów statystycznych R.
GOBO to wielofunkcyjne, przyjazne dla użytkownika narzędzie online z informacjami o mikromacierzach (np. Affymetrix U133A) z 51-próbkowego zestawu komórek raka piersi i zestawu danych o guzie piersi z 1881 próbek, który pozwala na szeroki wachlarz analiz14. W bazie danych GOBO dostępnych jest wiele aplikacji, które obejmują szybką analizę profili ekspresji genów w różnych podtypach molekularnych guzów piersi i linii komórkowych, badania przesiewowe pod kątem genów o koekspresji w celu stworzenia potencjalnych metagenów oraz analizę korelacji między wynikami a poziomami ekspresji genów pojedynczych genów, zestawów genów lub sygnatur genów w zestawie danych raka piersi15.
Atlas Białek Ludzkich to ogólnodostępny program przeznaczony dla naukowców do badania ludzkiego proteomu, który już przyczynił się do powstania dużej liczby publikacji w dziedzinie biologii i chorób człowieka. Atlas Białek Ludzkich jest uznawany za europejskie źródło informacji dla społeczności nauk przyrodniczych16,17.
Ploter Kaplana Meiera to narzędzie online integrujące ekspresję genów i dane kliniczne jednocześnie, które pozwala ocenić efekt prognostyczny 54 675 genów na podstawie 10 461 próbek raka, w tym 1 065 pacjentów z rakiem żołądka, 2 437 płuc, 1 816 jajników i 5 143 pacjentów z rakiem piersi ze średnim czasem obserwacji 33/49/40/69 miesięcy18. Informacje na temat ekspresji genów, przeżycia wolnego od nawrotu (RFS) i przeżycia całkowitego (OS) można pobrać z tej bazy danych19,20.
Tutaj opisujemy praktyczną procedurę działania polegającą na wykorzystaniu wielu publicznie dostępnych baz danych do porównania, analizy i wizualizacji wzorców zmian w ekspresji interesującego genu w wielu badaniach nad rakiem, w celu podsumowania profili ekspresji, wartości prognostycznych i potencjalnych funkcji biologicznych w raku piersi. Na przykład ostatnie badania wykazały onkogenne właściwości białek ID w nowotworach i były związane z cechami złośliwymi, w tym transformacją komórkową, nieśmiertelnością, zwiększoną proliferacją i przerzutami21,22,23. Jednak każdy członek rodziny ID odgrywa odrębną rolę w różnych typach guzów litych, a ich rola w raku piersi pozostaje niejasna24. W poprzednich badaniach, analizowanych za pomocą tej metody, stwierdziliśmy, że ID1 był znaczącym wskaźnikiem prognostycznym w raku piersi25. W związku z tym protokół weźmie ID1 jako przykład, aby wprowadzić metody eksploracji danych.
Analiza zaczyna się od sprawdzenia wzorca ekspresji interesującego genu w próbkach nowotworowych w porównaniu z normalnymi próbkami w ONCOMINE. Następnie przeprowadzono korelację ekspresji genów będących przedmiotem zainteresowania w raku piersi przy użyciu bc-GenExMiner v4.0, GOBO i ONCOMINE. Następnie profile ekspresji ID1 zostały stratyfikowane według różnych podgrup przy użyciu powyższych trzech baz danych. Na koniec związek między ekspresją ID1 a przeżyciem przeanalizowano przy użyciu bc-GenExMiner v4.0, ludzkiego atlasu białek i plotera Kaplana-Meiera. Procedura operacji została pokazana jako schemat blokowy w Rysunek 1.