Génexpressziós chipek mérési eredményeinek biklaszter analízise.

Az előadások a következő témára: "Génexpressziós chipek mérési eredményeinek biklaszter analízise."— Előadás másolata:

1 Génexpressziós chipek mérési eredményeinek biklaszter analízise

2 élő rendszerek komplexitása - A biológia informatizálódása hirtelen rengeteg adat alkalmazás: diagnosztika - Mintázatokat keresünk megértés: genomika, systems biology In-silico biológiai kutatások - Adatbányászat új módzsrek fejlesztése Bevezetés

3 Honnan a sok adat? high-throughput technolológia génexpressziós vizsgálatok: RNS-chipek (microarray-ek) rlemzésre váró adathalmaz

4 Hogy működnek a génexpressziós chipek?

5 Többezer gén egyidejű monitorozása egyetlen chip segítségével

6 Mi van a chip felületén?

7 DNS-chip printerek A chipek gyártásához a fotolitográfia technológiáját használják (az aktivált üvegfelületre akár 150-200 mikron távolságban, 1-2 nanoliteres cseppek )

8 Egy génre jellemző próbaszekvencia

9 Komplementer bázispárosodás, hibridizáció

10 Hibridizáció a chip felületén

11 Milyen egy microarray kísérlet?

12 Ismert próbákat tartalmazó chip

13 Kompetitív hibridizáció

14 RNS-chip scannerek konfokális lézerszkenner segítségével detektált fluoreszcens jelek

15 A microarray „beszkennelt” képe

16 Minták (~10 2 ) Gének (~10 3 -10 4 )

17 Az adatmátrix vizualizációja Részletek egy leukémiás betegeken végzett microarray Vizsgálat eredményeiből

18 Expressziós profilok összahasonlítása Genetika Genomika microarray technológia

19 adatbányászat -> 7 „marker gén” kiválasztása Bittner et al. (2000. aug., Nature) rosszindulatú bőrrák (melanoma) okoz-e májáttétet 18 hónap múlva két csoportra osztották a betegeket 31 betegből vett minták, 6911 gén egy microarrayen a 7 génből csak 4-nek ismertük a funkcióját

20 Mit mérünk? mRNS-eket, nem a proteomot! -> ez csak közelítés! A gének kifejeződése a transzkripció után is szabályozódik. Például: siRNS-ek, posztranszkripciós génelcsendesítés, RNS-interferencia (2006-os Orvosi-Élettani Nobel-díj) Vigyázat! Léteznek fehérje vagy peptid microarray-ek is.

21 „Hagyományos” adatbányászati módszerek

22 Klaszter analízis: Tetszőleges típusú adatok csoportosítása, disztjunkt részhalmazok létrehozása „Unsupervised”!

23 Távolság mátrix

24 Hierarchikus klaszter analízis

25 Particionáló módszerek: Pl.: K-átlag klaszterezés

26 Példa: klaszterezés alkalmazása képszegmentációban (képfeldolgozás, számítógépes látás) Intenzitás alapján Eredeti kép Szín alapján k-átlag klaszter analízissel készült eredmények

27 d(x,y) az attribútomokon értelmezett függvény

28 non-Hodgking-limfoma egyik fajtája: a diffúz nagysejtes B-sejt limfóma nincs igazán jó szövettani vagy immunológiai diagnosztikai módzser tumoros nyirokszövetből izolált minták microarray vizsgálata a minták klaszterezése a többezer gén alapján 2 nagy klasztert kaptak halálozási statisztikák elemzéséből: az egyik csoport 70 %-a még 10 év után is életben van, a másik csoport 25-30 % van életben a diagnózis utáni 2-3. évben

29 Az attribútumok más-más részhalmazain kiszámított távolság más-más klaszterszerkezetet ad!

30 Példa két gén expressziós mintázatának összehasonlításához használt távolságfüggvényre A metrika: Pearson-féle korrelációs koefficiens r = 0.97 <- E két adatsor között:

31 Hasonlóan regulálódó géncsoportok

32 Új adatbányászati módszer: a biklaszter analízis

33 Califano et al. :  -valid ks-pattern a subset of rows, I, with size k, and a subset of columns, J, with size s For each row i  : Ehelyett:

34 Ha több részmátrixot kódolunk egyszerre:

35 Mesterséges adathalmazba beágyazott biklaszterek keresése

36 Armstrong et al. adatai

37 Hs.170120 gnl|UG|Hs#S1569210 Homo sapiens mRNA of muscle specific gene M9, complete cds Hs.8102 gnl|UG|Hs#S3235 Homo sapiens ribosomal protein S20 (RPS20) mRNA, complete cds Hs.239884 gnl|UG|Hs#S1405620 wc92f08.x1 Homo sapiens cDNA, 3' end Hs.192861 gnl|UG|Hs#S5433 H.sapiens Spi-B mRNA Hs.172207 gnl|UG|Hs#S208 Human 54 kDa protein mRNA, complete cds Hs.11183 gnl|UG|Hs#S1055230 Homo sapiens sorting nexin 2 (SNX2) mRNA, complete cds Hs.141296 gnl|UG|Hs#S472702 Homo sapiens mRNA for KIAA0226 protein, partial cds Hs.243886 gnl|UG|Hs#S1158 Homo sapiens histone-binding protein mRNA, complete cds Hs.57856 gnl|UG|Hs#S1367584 Homo sapiens mRNA for KIAA0834 protein, complete cds Hs.6315 gnl|UG|Hs#S874363 ag36c04.s1 Homo sapiens cDNA, 3' end Hs.10842 gnl|UG|Hs#S1368367 Homo sapiens GTP binding protein mRNA, complete cds Hs.153498 gnl|UG|Hs#S816427 Homo sapiens clone 22 mRNA, alternative splice variant beta-1, complete cds Hs.155218 gnl|UG|Hs#S1090714 Homo sapiens mRNA for E1B-55kDa-associated protein Hs.155433 gnl|UG|Hs#S3565 Human mRNA for ATP synthase gamma-subunit (L-type), complete cds Hs.1708 gnl|UG|Hs#S4897 H.sapiens Cctg mRNA for chaperonin Hs.174051 gnl|UG|Hs#S6014 Human mRNA for hU1-70K small nuclear RNP protein (RNP FL1.7) (nonproductive) Hs.174140 gnl|UG|Hs#S4448 H.sapiens mRNA for ATP-citrate lyase Hs.177656 gnl|UG|Hs#S269341 Human calmodulin (CALM1) gene Hs.17969 gnl|UG|Hs#S1090783 Homo sapiens mRNA for KIAA0663 protein, complete cds Hs.180015 gnl|UG|Hs#S417501 Human D-dopachrome tautomerase mRNA, complete cds Hs.180900 gnl|UG|Hs#S4275 Human mRNA for KIAA0038 gene, partial cds Hs.182982 gnl|UG|Hs#S1367615 Homo sapiens mRNA for KIAA0855 protein, partial cds Hs.184276 gnl|UG|Hs#S891689 Homo sapiens ezrin-radixin-moesin binding phosphoprotein-50 mRNA, complete cds Hs.1948 gnl|UG|Hs#S1314030 DU3.2-7.G08.r Homo sapiens cDNA, 5' end Hs.196176 gnl|UG|Hs#S891991 Homo sapiens putative dienoyl-CoA isomerase (ECH1) gene Hs.215595 gnl|UG|Hs#S552961 Human liver mRNA for beta-subunit signal transducing proteins Gs Hs.239138 gnl|UG|Hs#S434 Human pre-B cell enhancing factor (PBEF) mRNA, complete cds Hs.4112 gnl|UG|Hs#S269765 Human t-complex polypeptide 1 gene Hs.554 gnl|UG|Hs#S780 Human SS-A Hs.5615 gnl|UG|Hs#S1367737 Homo sapiens mRNA for tip associating protein (TAP) Hs.62461 gnl|UG|Hs#S816485 Homo sapiens actin-related protein Arp2 (ARP2) mRNA, complete cds 1.

38 Hs.62461 gnl|UG|Hs#S1535650 wo97g09.x1 Homo sapiens cDNA, 3' end Hs.64593 gnl|UG|Hs#S1263125 Homo sapiens F1FO-type ATPase subunit d mRNA, nuclear gene encoding mitochondrial protein, complete cds Hs.6684 gnl|UG|Hs#S1244992 Homo sapiens mRNA for KIAA0476 protein, complete cds Hs.75318 gnl|UG|Hs#S269606 Human HALPHA44 gene for alpha-tubulin, exons 1-3 Hs.7594 gnl|UG|Hs#S1094 Human glucose transporter-like protein-III (GLUT3), complete cds Hs.76556 gnl|UG|Hs#S1090629 Homo sapiens apoptosis associated protein (GADD34) mRNA, complete cds Hs.76686 gnl|UG|Hs#S569461 H.sapiens unspliced mRNA for glutathione peroxidase Hs.77805 gnl|UG|Hs#S5592 H.sapiens mRNA for vacuolar H+ ATPase E subunit Hs.77837 gnl|UG|Hs#S5841 Human uridine diphosphoglucose pyrophosphorylase mRNA, complete cds Hs.78040 gnl|UG|Hs#S4994 Human mRNA for a presumptive KDEL receptor Hs.79356 gnl|UG|Hs#S377208 Human lysosomal-associated multitransmembrane protein (LAPTm5) mRNA, complete cds Hs.81118 gnl|UG|Hs#S1237 Human leukotriene A-4 hydrolase mRNA, complete cds Hs.82173 gnl|UG|Hs#S1262980 Homo sapiens TGFb inducible early protein and early growth response protein alpha genes, complete cds Hs.82425 gnl|UG|Hs#S816491 Homo sapiens Arp2 Hs.83733 gnl|UG|Hs#S3978 Human mRNA for ICAM-2, cell adhesion ligand for LFA-1 Hs.236963 gnl|UG|Hs#S5283 H.sapiens hPTPA mRNA Hs.160786 gnl|UG|Hs#S4438 Human mRNA for argininosuccinate synthetase Hs.171814 gnl|UG|Hs#S3402 Human parathymosin mRNA, complete cds Hs.7404 gnl|UG|Hs#S514213 55a6 Homo sapiens cDNA Hs.7811 gnl|UG|Hs#S705563 Homo sapiens translation initiation factor 3 47 kDa subunit mRNA, complete cds Hs.89545 gnl|UG|Hs#S2094 Human mRNA for proteasome subunit HsN3, complete cds Hs.1334 gnl|UG|Hs#S1998 Human c-myb mRNA, complete cds Hs.83173 gnl|UG|Hs#S2036 Homo sapiens cyclin D3 (CCND3) mRNA, complete cds Hs.2271 gnl|UG|Hs#S268960 Homo sapiens endothelin-1 (EDN1) gene, complete cds Hs.251531 gnl|UG|Hs#S75 Human mRNA for proteasome subunit HC9 Hs.183704 gnl|UG|Hs#S1665 Human ubiquitin mRNA, complete cds Hs.1390 gnl|UG|Hs#S2093 Human mRNA for proteasome subunit HsC7-I, complete cds Hs.125078 gnl|UG|Hs#S569476 Human mRNA for ornithine decarboxylase antizyme, ORF 1 and ORF 2 Hs.84981 gnl|UG|Hs#S1213 Human Ku (p70 Hs.171734 gnl|UG|Hs#S342586 Human protein phosphatase 2A B'alpha1 regulatory subunit mRNA, complete cds C 2.