Name: Desenvolvimento de Compêndio para Carcinoma de Células Escamosas de Esôfago (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-12T12:50:00.000+00:00
Duration: 3 min 36 s
Description: Aprenda a identificar genes diferencialmente expressos no carcinoma de células escamosas de esôfago usando recursos abertos como GEO 2R. Este método bioinformático ajuda a compreender alterações moleculares no câncer.

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<meta charset="utf8"></head><body>Pipeline para análise de dados de microarray na pesquisa do câncer de esôfago

<table><tbody><tr><td>NCBI-PUBMED</td><td>NCBI</td><td></td> https://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed <td>Consultando a seção 1. necessário para pesquisar a literatura</td></tr><tr><td>Um laptop/macbook ou computador pessoal com internet e um navegador da web.</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>Referindo-se à seção 4.10. necessário para o enriquecimento de GO:MF, GO:BP e GO:CC</td></tr><tr><td>Expressão gênica omnibus</td><td>NCBI</td><td>https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/</td> <td>Referindo-se à seção 3.1. necessário para pesquisar o banco de dados de estudo de microarray</td></tr><tr><td>GEO2R</td><td>NCBI</td><td>https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/</td> <td>Referindo-se à seção 3.2. necessária para analisar os dados usando a ferramenta GEO2R</td></tr><tr><td>Google</td><td>Google</td><td>https://www.google.com</td><td>Referindo-se à seção 1.1. necessária para pesquisar a literatura</td></tr><tr><td>HGNC</td><td>HGNC é um comitê da Organização do Genoma Humano (HUGO)</td><td>https://www.genenames.org</td><td>Referindo-se à seção 6.1 necessário para conhecer o símbolo genético oficial dos DEGs&nbsp;</td></tr><tr><td>Instituto HPRD</td><td>de Bioinformática, Bangluru</td><td>&nbsp; http://hprd.org</td><td>Consultando a seção 5.1 necessária para obter informações sobre a arquitetura da proteína&nbsp;</td></tr><tr><td>OMIM&</td><td>nbsp; Universidade Johns Hopkins, Baltimore</td><td>http://www.omim.org/entry</td><td>Referindo-se à seção 8.1 necessária para saber o ID OMIM de um determinado gene / DEG</td></tr><tr><td>Programa Pangloss</td><td>Desenvolvido por Chris Seidel</td><td>http://www.pangloss.com/seidel/Protocols/venn.cgi</td><td>Referindo-se à seção 4.9. necessário para gerar o diagrama de Venn</td></tr><tr><td>Laboratório PANTHER</td><td>Thomas na Universidade do Sul da Califórnia</td><td>http://www.pantherdb.org/geneListAnalysis.do</td><td>Referindo-se à seção 4.10. necessário para o enriquecimento de GO:MF, GO:BP e GO:CC</td></tr><tr><td>ShinyGO&nbsp;</td><td>Universidade Estadual de Dakota do Sul</td><td>http://bioinformatics.sdstate.edu/go</td><td>Referindo-se à seção 4.10. necessário para alocação de DEGs nos cromossomos</td></tr></tbody></table>

desenvolvimento de compêndio para carcinoma de células escamosas de esôfago

Development of Compendium for Esophageal Squamous Cell Carcinoma

Como exemplo, o GSE161533 de acesso GEO foi usado para estudar genes explorados diferencialmente em ESCC. Os resultados representativos da análise foram mostrados na Figura 3. O GEO2R gera um gráfico de vulcão que é útil para identificar eventos que diferem significativamente entre dois grupos de sujeitos experimentais. O gráfico do vulcão apresenta a distribuição geral do gene com significância transformada -log10 (valor p) no eixo y e mudanças de dobra (com mudança de dobra transformada log2 ) no eixo x (Figura 3A), e é útil para visualizar os genes que são expressos diferencialmente. Os genes destacados são significativamente expressos diferencialmente em um corte padrão de valor p ajustado de 0,05 (azul = regulado negativamente, vermelho = regulado positivamente).
Um gráfico de diferença média (MD) exibe a alteração delog 2 vezes vs. valores médios de expressão log2 e é útil para visualizar os genes que são expressos diferencialmente. No gráfico MD, os genes onde o log2 transformou as mudanças de dobra no eixo y e registram a expressão do valor médio no eixo x ( Figura 3B ). Os genes destacados são significativamente expressos diferencialmente em um valor de p ajustado padrão de 0,05 (azul = regulado negativamente, vermelho = regulado positivamente). Os gráficos de vulcões encontram os mesmos problemas que os gráficos de MA em termos de exibição de informações de apenas dois tratamentos ao mesmo tempo21.
Além disso, a Uniform Manifold Approximation and Projection (UMAP)22 foi usada para avaliar a relação entre ESCC e amostras normais (Figura 3C). Embora a maioria das amostras estivesse nas respectivas categorias, duas amostras ESCC foram encontradas nas amostras normais.
O GEO2R apresentou um gráfico de densidade de expressão interativo 2D (Figura 3D), que demonstrou efetivamente a densidade de expressão no conjunto de dados. Esse gráfico é útil para determinar se a normalização é necessária para DEGs. Neste gráfico, o eixo y denota densidade, enquanto o eixo x denota intensidade para ESCC (cor verde) e normal (cor violeta).
A distribuição dos valores em diferentes amostras, incluindo ESCC e normal, foi mostrada no gráfico de caixa. Essas distribuições dão dicas se as amostras são realmente adequadas para análise de expressão diferencial. Os valores centrados na mediana indicam claramente que os dados são normalizados e comparáveis entre si (Figura 3E).
Os genes identificados são filtrados com base em p &lt; 0,05 e critérios de mudança de dobra. Os genes inalterados (com mudança de dobra entre &lt;2,0-&gt;0,50) removidos da análise. Além disso, quando comparado com um estudo publicado anteriormente, os genes comuns encontrados são apenas 514, mas o número único de genes obtidos é 1193. É importante observar que a identificação de genes únicos usando o GEO2R pode ajudar não apenas a diminuir a redundância, mas também a enriquecer o compêndio.
Uma lista parcial de DEGs foi mencionada na Tabela 1, enquanto uma lista completa de DEGs é fornecida no Arquivo Suplementar 1. Alguns dos genes regulados positivamente pertencem à matriz extracelular, como MMP1 8,23,24, MMP12 23,25, SPP1 8,26, POSTN9 e VCAN 8,27. Entre outros genes listados na Tabela 1 estão CMPK2, AURKA28,29, CHEK127 e CDK130 são regulados positivamente e EMP127, PTK631,32, GPX327, DPT33, FHL134,35 e CRNN 8,36 são regulados negativamente no ESCC em comparação com o epitélio normal. POSTN (periostina) foi regulado positivamente no ESCC e também foi relatado no caso de adenocarcinoma de esôfago. Um estudo anterior sobre CEC relatou que a expressão da proteína POSTN não foi observada apenas na região estromal, mas também nas células tumorais, sugerindo que há uma interação entre tumor-microambiente9. A periostina é uma proteína secretada principalmente pelas células mesenquimais e desempenha um papel crucial na regulação, adesão e diferenciação dos osteoblastos, bem como no reparo de feridas. Além disso, a periostina tem sido implicada na progressão do tumor e metástase em vários tipos de câncer, incluindo ESCC. Estudos demonstraram que a periostina está envolvida na transição epitelial-mesenquimal (EMT) em cânceres e angiogênese tumoral, promovendo migração celular, motilidade, adesão e crescimento celular metastático de tumores. No esôfago de Barrett, uma condição pré-cancerosa do esôfago, há uma regulação positiva significativa do POSTN, o gene que codifica a periostina, em comparação com o tecido esofágico normal37. Na esofagite eosinofílica, uma doença inflamatória do esôfago, tanto o mRNA da periostina quanto os níveis de expressão de proteínas são regulados positivamente em comparação com o epitélio esofágico normal. Da mesma forma, no ESCC, o POSTN foi regulado positivamente em 11 vezes na análise da expressão gênica9. Essas descobertas sugerem que o POSTN pode servir como um biomarcador potencial para ESCC e outros tipos de câncer. Além disso, os níveis séricos aumentados de POSTN são relatados em pacientes com câncer de mama diagonalizados com metástases ósseas, refletindo que o POSTN também pode ser investigado como um potencial biomarcador metastático no soro de pacientes com ESCC. No geral, o POSTN parece desempenhar papéis importantes na progressão do tumor e pode ter implicações clínicas potenciais para o diagnóstico, prognóstico e tratamento do câncer.
A distribuição cromossômica de DEGs em cromossomos individuais mostra que o número máximo de genes era dos cromossomos 1-6 e X (Figura 4). A análise de vias baseada em ShinyGO mostrou que várias vias cruciais aparecem quando a análise de DEGs. Alguns deles foram a via de sinalização IL-17, digestão e absorção de proteínas, interação ECM-receptor, via de sinalização TNF, via de sinalização do receptor Toll-like, via de sinalização de quimiocinas, interação citocina-receptor de citocinas, doença hepática alcoólica, microRNAs no câncer, desregulação transcricional no câncer, ciclo celular e via de sinalização do receptor NONO-like em ESCC. Além disso, o enriquecimento dos termos GO em DEGs foi feito usando a análise g: Profiler. Diferentes termos GO para função molecular (GO: MF), componentes celulares (GO: CC) e processos biológicos (GO: BP) foram enriquecidos (Figura 5). A lista desses termos GO foi fornecida na Tabela 2.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig01.jpg"> 
Figura 1: Representação esquemática para processamento dos estudos sobre carcinoma espinocelular de esôfago disponíveis em omnibus de expressão gênica usando o programa GEO2R. Diferentes etapas envolvidas na identificação de genes regulados diferencialmente (DEGs) ou moléculas reguladas diferencialmente (DEMs) foram mostradas no esquema, incluindo critérios de seleção para os DEGs com base na mudança de dobra &gt;2,0 vezes e p &lt; 0,05 para regulado positivamente e &lt;0,5 e valor de p &lt;0,05 para regulado negativamente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig02.jpg"> 
Figura 2: Representação esquemática para encontrar informações adicionais sobre genes regulados diferencialmente no carcinoma de células escamosas do esôfago disponíveis usando outros recursos disponíveis publicamente. Além disso, as informações sobre os DEGs são cruciais para decidir sobre os DEGs que precisam ser selecionadas para validação e avaliação adicionais no ambiente clínico. Informações como extração de alias, símbolo genético oficial, localização cromossômica/locus gênico, OMIM, domínio/motivo, natureza secretora da proteína e disponibilidade de anticorpos adequados para validação em níveis de proteína podem ser obtidas em diferentes recursos online. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig03.jpg"> 
Figura 3: Distribuição do estudo com GSE161533 de acesso GEO usando o programa GEO2R para identificação de DEGs entre ESCC vs. normal. O programa GEO2R foi usado com parâmetros padrão que dão origem a (A) Gráfico de vulcão representando a distribuição de genes com significância transformada -log10 (valor p) no eixo y e mudanças de dobra (com mudança de dobra transformada em log2 ) no eixo x, (B) Gráfico de gráfico MD exibindo a mudança de log2 vezes vs. valores médios de expressão log2 para visualização de genes diferencialmente expressos, (C) UMAP (Uniform Manifold Approximation and Projection) mostra a segregação de amostras com base em seus tipos, (D) O gráfico de densidade de expressão complementa, pois verifica a normalização dos dados antes da análise de expressão diferencial, (E) Gráfico de caixa mostrando valores centrados na mediana nas amostras para indicar que a normalização dos dados é comparável cruzada. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig03large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig04.jpg"> 
Figura 4: Distribuição de DEGs em diferentes loci cromossômicos usando a ferramenta de enriquecimento ShinyGO. (A) Genes únicos foram identificados gerando um diagrama de Venn para comparar estudos atuais e publicados anteriormente. (B) A distribuição de DEGs nos diferentes cromossomos do genoma. (C) Enriquecimento de vias para DEGs usando análise de enriquecimento baseada em ShinyGO. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig04large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65480/65480fig05.jpg"> 
Figura 5: Gráficos de Manhattan para ilustrar os enriquecimentos do termo GO de genes-alvo usando g: Profiler. Os genes diferencialmente expressos foram analisados por g: Profiler e o enriquecimento em termos de GO (MF: função molecular; BP: processo biológico; CC: componente celular) e as vias KEGG nas vias Reactome (REAC), WiKi-Pathways (WP), fator de transcrição (TF) e base alvo de microRNA (MIRNA) foram representadas graficamente no gráfico de Manhattan, onde o eixo x são os termos funcionais GO coloridos por categoria. Cada ponto colorido representa um termo GO. O eixo y mostra os valores de p -log10 ajustados. Os termos GO que são estatisticamente significativos para ESCC são mostrados no eixo x. MF: Função Molecular; BP: Processo biológico; CC: Componente celular; MIRNA: MicroRNA; HP: Fenótipo Humano. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480fig05large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
Tabela 1: Lista parcial de genes diferencialmente expressos em ESCC. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480_Table%201.xlsx" target="_blank">Clique aqui para baixar esta tabela.</a>
Tabela 2: Enriquecimento de termos GO em ESCC usando g: Profiler. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/65480_Table%202.xlsx" target="_blank">Clique aqui para baixar esta tabela.</a>
Arquivo Suplementar 1: Lista Completa de genes diferencialmente expressos em ESCC. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65480/Supple%20Table-1.pdf" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>

Desenvolvimento de Compêndio para Carcinoma de Células Escamosas de Esôfago

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