Выбор генов и связанных с ними путей для терапевтических исследований часто определяется дифференциальным анализомэкспрессии 1. Этот метод анализа эффективен для определения различий экспрессии генов между двумя или более состояниями. Однако гены функционируют в сложных взаимосвязанных биологических сетях, то есть экспрессия отдельных генов не полностью отражает взаимодействие генов в сети и их гено-генныевзаимоотношения 2. Методы сетевого распространения интегрируют экспрессию генов с сетями взаимодействия для выявления биологически важных генов, которые могут быть упущены только при дифференциальнойэкспрессии 3. Современные подходы не количественно определяют функциональную важность генов и то, как биологическая информация перераспределяется в сетях взаимодействия белков и белков (PPI) между биологическими условиями. Поэтому был необходим метод моделирования поведения сетей, специфичных для условий, и количественной оценки изменений информационного потока между биологическими системами. Чтобы объяснить, как гены взаимодействуют в более широкой биологической сети, была разработана платформа сетевой биологии NetDecoder для выявления генов с наибольшей разницей в информационных потоках между условиями. NetDecoder использует алгоритм потока, управляемый процессом, для трансляции существующих знаний о человеческой сети PPI в сочетании с данными секвенирования РНК с целью построения модели взаимодействий, управляемых потокамиинформации 4.
Используя данные информационных потоков для фенотипических сетей, можно разработать модель полезности генов (GUM)5, чтобы определить гены с высоким информационным потоком как обладающие наибольшей общей полезностью генов внутри сети, независимо от их дифференциальных значений экспрессии. Этот подход поддерживает более эффективные стратегии приоритизации и идентификацию целей, предоставляя инсайты, которые традиционный анализ часто упускает. В отличие от традиционных методов дифференциальной экспрессии или корреляционных сетевых методов, NetDecoder количественно оценивает как генные (на уровне узла), так и изменения взаимодействия (на уровне краёв) в потоке информации, что позволяет идентифицировать функционально важные гены даже при отсутствии крупных измененийэкспрессии 4,5. NetDecoder широко применим к массовым наборам данных секвенирования РНК, которые включают сравнительный анализ двух биологических условий, позволяя выявлять изменения в потоке информации и организации сети. Хотя NetDecoder поддерживает интеграцию других наборов данных омиксов, включая протеомику и эпигеномику, настоящий протокол конкретно демонстрирует рабочий процесс с использованием транскриптомических данных. В этих приложениях пользователи могут определять исходные гены на основе белков или эпигенетически регулируемых генов, что позволяет инициировать анализ потоков информации на основе этих молекулярных признаков. Эта гибкость позволяет включать мультиомические данные в сетевые анализы и способствует обнаружению кроссмодальных регуляторных механизмов, лежащих в основе фенотипических различий.
Распространённые дизайны исследований включают бинарные сравнения, включая, но не ограничиваясь, заболеваниями и здоровыми состояниями, реагирующими на лечение и нереагирующими, медикаментозными методами, экспериментами с нокдауном или нокаутированием против контрольных экспериментов, а также анализом переходов в состоянии развития или клеток. Цель этого протокола — проиллюстрировать воспроизводимую основу для применения NetDecoder для выявления генов с изменённым влиянием сети в биологических условиях. Это достигается с помощью простых для понимания шагов для настройки и запуска NetDecoder, а также примеров базовых методов устранения неполадок, а также методы интерпретации результатов изложены в протоколе.