Analiza zmienności czasowej danych mikromacierzowych

Transkrypt

1 Systemy Inteligencji Obliczeniowej Analiza zmienności czasowej danych mikromacierzowych Kornel Chromiński Instytut Informatyki Uniwersytet Śląski

2 Plan prezentacji Dane mikromacierzowe Cel badań Prezentacja metody Testy na zbiorach sztucznych Testy na zbiorach rzeczywistych Porównanie z przyjętymi metodami Podsumowanie

3 Ekspresja genów Proces, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego produkty, które są białkami lub różnymi formami RNA.

4 Mikromacierze oligonukleoidowe Mikromacierze DNA (chipy DNA) są zbiorem sond molekularnych Sondy molekularne to substancje chemiczne mające zdolność specyficznego wiązania się z określonym fragmentem DNA Obecnie mikromacierze mogą zawierać do kilkuset tysięcy sond

5 Mikromacierze Przy użyciu mikromacierzy poszukuję się odpowiedzi na pytania: Jak ekspresja genów różni się w różnych typach komórek. Jak zmienia się ekspresja genów pod wpływem czynników zewnętrznych (leki, substancje chemiczne). Jak różni się ekspresja genów pomiędzy tkankami zdrowymi i chorymi (np. komórki rakowe).

6 Analiza danych mikromacierzowych Skany mikromacierzy Wartości liczbowe Tabela ekspresji genów Analiza niskiego poziomu Analiza wysokiego poziomu

7 Analiza zmienności czasowej poziomu ekspresji genów Ma za zadania odpowiedzieć na pytanie jak zmienia się poziom ekspresji genów w czasie Wykonuje się ją w celu: Badania wpływu leków na poziom ekspresji. Badania wpływu środków chemicznych na poziom ekspresji genów. Badania zmian poziomu ekspresji genów w cyklu życiowym.

8 Cel badań Celem badań było zaproponowanie metody wykrywania zmian poziomu ekspresji genów w czasie. Założeniem było aby proponowane metoda cechowała się niższą czułością od obecnie używanych metod (wykrywała te geny, które rzeczywiście ulegają znacznej zmianie poziomu ekspresji). Metoda miała być również prosta i łatwa w stosowaniu.

9 Proponowane podejście Metoda oparta na wariancji w próbie Metoda składa się: Z dwóch etapów dla danych z próbą kontrolną i badaną Z jednego etapu dla danych tylko z próbą badaną W celu przeprowadzenia analizy stosuje się wzór: Var( X t ) 0,1 Var( X ) Gdzie: Var( X t ) Var(X ) - średnia wariancji mierzonej w poszczególnych punktach czasowych; - wariancja całkowita dla wszystkich mikromacierzy.

10 Testowanie skuteczności metody Przetestowanie na zbiorach sztucznych symulujących dane mikromacierzowe, o znanej liczbie wartości, które powinny być wykryte jako ulegające zmianom poziomu ekspresji w czasie. Przetestowanie na zbiorach rzeczywistych. Porównanie wyników otrzymanych na zbiorach rzeczywistych z wynikami otrzymanymi za pomocą metod uznanych.

11 Wyniki dla zbiorów sztucznych Metoda przetestowane na 4 zbiorach sztucznych Zbiory sztuczne wygenerowane w sposób pseudolosowy Pod względem wartości symulowały dane mikromacierzowe

12 Wyniki dla zbiorów sztucznych Zbiór Liczba wartości w zbiorze Liczba punktów czasowych Liczba zmienionych Liczba wykrytych Liczba wykrytych z wartościami zmienionymi Zbiór sztuczny 1 Zbiór sztuczny 2 Zbiór sztuczny 3 Zbiór sztuczny

13 Zbiory rzeczywiste Dane pochodzące z rzeczywistych eksperymentów mikromacierzowych Dane pochodzą z ogólnodostępnej bazy eksperymentów mikromacierzowych ArrayExpress Wszystkie dane pochodzą z mikromacierzy Affymetrix HG-U133A zawierają po probsety

14 Zbiory rzeczywiste zbiór liczba próbek w zbiorze pochodzenie danych zbiór 1 16 Odczyt poziomu ekspresji genów z tkanki zdrowej i zarażonej Herpeswirusem, eksperyment mikromacierzowy wykonany po podaniu wirusa, po 4, 8 i 12 godzinach zbiór 2 15 Odczyty ekspresji genów pochodzące z tkanki płucnej, po podaniu Deksametazonu, eksperyment mikromacierzowy wykonany bezpośrednio po podaniu leku i po pięciu dniach od jego podania zbiór 3 13 Poziom ekspresji genów z tkanki nabłonkowej w trakcie jej rozwoju, eksperyment wykonany na początku rozwoju tkanki nabłonkowej, po 3, 5, 7 i 10 dniach

15 Wyniki dla zbiorów rzeczywistych Liczba wykrytych proponowaną metodą Liczba wykrytych metodą SAM Liczba wykrytych metodą LIMMA Wspólnie wykryte proponowana metoda - SAM Wspólnie wykryte proponowana metoda - LIMMA Zbiór Zbiór Zbiór

16 Zbiór 1

17 Zbiór 2

18 Zbiór 3

19 Podsumowanie Proponowana metoda działa prawidłowo na zbiorach sztucznych Uzyskała wysoką zgodność z metodami porównawczymi Dzięki niższej czułości od metod powszechnie używanych pozwala unikać wyników fałszywie pozytywnych

20 Dziękuję za uwagę