$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Объемное секвенирование РНК позволяет сравнивать уровни экспрессии тысяч генов в популяции клеток болезни и популяции контрольных клеток. Эксперименты обычно разрабатываются таким образом, чтобы включать в себя по крайней мере тройные образцы, в идеале биологические реплики, хотя технических реплик может быть достаточно. Такая конструкция учитывает биологическую изменчивость и снижает воздействие образцов выбросов. Анализ этих паттернов экспрессии дает подробное представление о влиянии интересующего заболевания на нормальные клеточные процессы и потенциально может позволить прогнозировать соответствующие методы лечения.
Предварительная обработка данных объемного секвенирования РНК обычно включает: контроль качества прочтений секвенирования (для повторов, адаптеров секвенирования, GC% и т.д.), обрезку чтения и удаление адаптеров, картирование/количественное определение считывания 1,2,3 и анализ дифференциальной экспрессии 4,5,6. К счастью, различные аналитические процессы были автоматизированы, чтобы сократить объем ручной работы, связанной с этими шагами 7,8,9. После завершения предварительной обработки обычно выполняемые последующие анализы включают анализ функциональной избыточной представленности с онтологиями генов, обогащение сигнальных путей и вариацию сплайсинга. Эти последующие анализы обобщают и облегчают интерпретацию результатов дифференциальной экспрессии на более высоком уровне детализации, чем только списки генов.
Были разработаны различные инструменты с целью перепрофилирования существующих терапевтических средств для четко определенного типа или подтипа заболевания. Это достигается за счет обучения алгоритма на мультиомиксных типах данных для предполагаемого заболевания. К сожалению, такие усилия по повышению специфичности и чувствительности при предполагаемом заболевании часто делают использование инструментов в более общих контекстах неоптимальным10,11. Другой набор инструментов более широко применим к случаям, когда профили экспрессии генов сопоставляются либо с существующими сигнатурами экспрессии генов12,13, либо с количественными эффектами современных терапевтических средств14,15. Тем не менее, эти более широко применимые инструменты часто достигают сниженной специфичности и чувствительности в широком спектре заболеваний и/или были обучены на устаревших данных.
В отличие от этого, алгоритм Pathway2Targets ранее применялся для прогнозирования потенциальных терапевтических мишеней при В-клеточной лимфоме, пародонтите, эстроген-положительном раке молочной железы, трижды негативном раке молочной железы и вирусе чикунгунья 16,17,18,19,20,21. Результаты этих исследований показывают, что этот инструмент способен предсказывать надежные и биологически значимые цели. Впечатляет, что Pathway2Targets предсказала 392 потенциальные мишени для лекарств от трижды негативного рака молочной железы, среди которых 60 были протестированы в клинических испытаниях; а также 828 отдельных препаратов для TBNC, из которых37 тестируются 17. В исследовании лимфомы этот алгоритм предсказал 915 препаратов, 461 из которых одобрены FDA (19).
Целью данной работы является описание вычислительного протокола, который позволит большему числу исследователей, которые могут извлечь выгоду из доступа к более информативным инструкциям по выполнению программ в командной строке, эффективно использовать недавно разработанный алгоритм Pathway2Targets (рис. 1). Pathway2Targets прогнозирует мишени для данного состояния, комбинируя данные дифференциальной экспрессии, ассоциации ген-заболевание, информацию о клинических испытаниях, общедоступные данные о мишенях22, информацию о путях и другие метрики. Важно отметить, что этот алгоритм включает в себя уникальную и настраиваемую схему взвешивания, которая позволяет пользователям определять ~20 показателей, связанных с мишенями, которые они предпочитают выделять в своем анализе, таких как количество ассоциаций заболеваний, количество сигнальных путей, количество уникальных лекарств, количество терапевтических средств в каждой фазе клинических испытаний и т. д. В качестве примера использования этого протокола мы повторно проанализируем существующий набор данных о колоректальном раке24.