Name: a protocol for using gene set enrichment analysis to identify the appropriate animal model for translational research
Uploaded: 2017-08-16T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Protocol for Using Gene Set Enrichment Analysis to Identify the Appropriate Animal Model for Translational Research at JoVE.com

עבודה זו מומן על ידי המכון הפדרלי הגרמני לשם הערכת סיכונים (BfR).

1. הורדה של התוכנה GSEA, המאגר חתימות מולקולרית <ol><li>לעבור לאתר האינטרנט הרשמי של מכון רחב GSEA (http://software.broadinstitute.org/gsea/index.jsp), להירשם כדי לקבל גישה אל התוכנה GSEA הכלי, מסד הנתונים חתימות מולקולרית (MSigDB).</li>
	<li>להוריד את היישום בשולחן העבודה של javaGSEA או אופציה חלופית תוכנה (למשל, R script). 
	הערה: ?...

<ol>
	<li>Seok, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genomic+responses+in+mouse+models+poorly+mimic+human+inflammatory+diseases.">Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (9), 3507-3512 (2013).</li><li>Takao, K., Miyakawa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genomic+responses+in+mouse+models+greatly+mimic+human+inflammatory+diseases.">Genomic responses in mouse models greatly mimic human inflammatory diseases.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (4), 1167-1172 (2015).</li><li>Weidner, C., Steinfath, M., Opitz, E., Oelgeschl&#228;ger, M., Sch&#246;nfelder, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defining+the+optimal+animal+model+for+translational+research+using+gene+set+enrichment+analysis.">Defining the optimal animal model for translational research using gene set enrichment analysis.</a> EMBO Mol Med. 8 (8), 831-838 (2016).</li><li>Subramanian, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+set+enrichment+analysis:+a+knowledge-based+approach+for+interpreting+genome-wide+expression+profiles.">Gene set enrichment analysis: a knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 102 (43), 15545-15550 (2005).</li><li>Kanehisa, M., Sato, Y., Kawashima, M., Furumichi, M., Tanabe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=KEGG+as+a+reference+resource+for+gene+and+protein+annotation.">KEGG as a reference resource for gene and protein annotation.</a> Nucleic Acids Res. 44 (D1), D457-D462 (2016).</li><li>Kanehisa, M., Goto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=KEGG:+kyoto+encyclopedia+of+genes+and+genomes.">KEGG: kyoto encyclopedia of genes and genomes.</a> Nucleic Acids Res. 28 (1), 27-30 (2000).</li><li>Fabregat, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Reactome+pathway+Knowledgebase.">The Reactome pathway Knowledgebase.</a> Nucleic Acids Res. 44 (D1), D481-D487 (2016).</li><li>Croft, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Reactome+pathway+knowledgebase.">The Reactome pathway knowledgebase.</a> Nucleic Acids Res. 42 (Database issue), D472-D477 (2014).</li><li>Nishimura, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BioCarta.">BioCarta.</a> Biotech Software &amp; Internet Report. 2 (3), 117-120 (2001).</li><li>Edgar, R., Domrachev, M., Lash, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+Expression+Omnibus:+NCBI+gene+expression+and+hybridization+array+data+repository.">Gene Expression Omnibus: NCBI gene expression and hybridization array data repository.</a> Nucleic Acids Res. 30 (1), 207-210 (2002).</li><li>Kolesnikov, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ArrayExpress+update--simplifying+data+submissions.">ArrayExpress update--simplifying data submissions.</a> Nucleic Acids Res. 43 (Database issue), D1113-D1116 (2015).</li><li>Cohen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sepsis:+a+roadmap+for+future+research.">Sepsis: a roadmap for future research.</a> Lancet Infect Dis. 15 (5), 581-614 (2015).</li><li>Spinelli, L., Carpentier, S., Montanana Sanchis, F., Dalod, M., Vu Manh, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BubbleGUM:+automatic+extraction+of+phenotype+molecular+signatures+and+comprehensive+visualization+of+multiple+Gene+Set+Enrichment+Analyses.">BubbleGUM: automatic extraction of phenotype molecular signatures and comprehensive visualization of multiple Gene Set Enrichment Analyses.</a> BMC Genomics. 16 (1), 814 (2015).</li></ol>

מודלים בעלי חיים זמן הוחלו על החקירה של מנגנוני המחלה ועל הפיתוח של אסטרטגיות טיפוליות מקוריות. עם זאת, ספקנות לגבי predictivity בבעלי חיים כמודלים החלה להתפשט בעקבות הכישלונות של ניסויים קליניים12. יתר על כן, דיונים במחלוקת אודות אסטרטגיות המתאימות עבור ניתוח ופרשנות של נתונים טכנ...

מודלים בעלי חיים נמצאים בשימוש נרחב לחקר מחלות אנושיות, בגלל הדמיון המשוערת שלהם לבני במונחים של גנטיקה, אנטומיה, פיזיולוגיה. יתר על כן, חייתיים לעיתים קרובות לשמש שומרי טיפולים קליניים, יכול להיות בעל השפעה עצומה על ההצלחה של המחקר translational. בחירה זהירה של המודל בעלי חיים מיטביים יכולה להפחית את מספר מחקרים שנעשו בבעלי חיים מטעה. לאחרונה, הרלוונטיות של מודלים בעלי חיים למחקר translational משווקי נדון, בעיקר בגלל ניתוח datasets באותו המתקבל מחלות דלקתיות האדם ומודלים העכבר קשורים הובילה למסקנות סותרות 1,2. הדיון הזה חשף בעיה יסודית במהלך ניתוח נתונים טכנולוגיות: גישות סטנדרטיים לניתוח נתונים שיטתי נדרשים כדי לצמצם את הבחירה ג'ין משוחד וכדי להגדיל את היציבות של השוואות בין זנים 3.
באופן מסורתי, הניתוח של נתונים transcriptomics (ונתונים אחרים טכנולוגיות) נעשית ברמת יחיד-ג'ין, כולל צעד ראשוני של הגן הנבחר בהתבסס על פרמטרים ניתוק מחמירים (למשל, שינוי קיפול &#62; 2.0, ערך p &#60; 0.05). עם זאת, ההגדרה של ניתוק ראשונית פרמטרים לעיתים קרובות הוא סובייקטיבי, שרירותי, לא מוצדק מבחינה ביולוגית, יכול אף לגרום מסקנות מול1,2. יתר על כן, הבחירה הראשונית ג'ין בדרך כלל מגבילה את הניתוח כמה מאוד ואת downregulated גנים, ובכך אינו רגיש מספיק כדי לכלול את רוב גנים שבאו לידי ביטוי באופן שונה במידה פחותה.
עם עליית עידן גנומיקה בתחילת שנות האלפיים, הידע הגובר של מסלולים ביולוגיים והקשרים, פותחו גישות סטטיסטיות חלופי מותר לעקוף את המגבלות של ניתוחים ברמת יחיד-גן. ג'ין להגדיר העשרה ניתוח (GSEA)4, שהיא אחת של שיטות מקובלות הניתוח של נתונים transcriptomics, עושה שימוש האפריורית מוגדרת על ידי קבוצות של גנים (למשל, איתות מסלולים, מיקום proximal על כרומוזום וכו.). GSEA ממפה קודם כל הגנים לא מסונן שזוהו לסטים ג'ין המיועד (למשל, מסלולים), ללא כל קשר שלהם שינוי בודדות בביטוי. גישה זו ולכן כולל גם גנים בינוני מוסדר שאחרת היה אבוד עם ניתוחים ברמת יחיד-גן. השינוי מוספים בביטוי בתוך הגן ערכות לאחר מכן מתבצעת באמצעות סטטיסטיקה סכום המצטבר.
למרות השימוש רחב במחקר רפואי, GSEA וגישות העשרה קבע קשורים לא שהאקסיומה נלקחים בחשבון לניתוח של טכנולוגיות מורכבות נתונים. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול לצורך השוואת נתונים טכנולוגיות מדגימות האנושי עם אלה של מודלים בעכבר כדי לזהות את מודל אידיאלי ללימודי translational. נדגים את הישימות של פרוטוקול מבוסס על אוסף של העכבר מודלים המשמשים עבור מחקה מחלות דלקתיות אנושי. עם זאת, צינור ניתוח זו אינה מוגבלת האדם-עכבר השוואות והוא שאלות המחקר amendable נוספות.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="632">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td class="xl63" height="42" style="height:31.5pt;width:162pt" width="216">Excel</td>
			<td class="xl63" style="width:98pt" width="130">Microsoft Corporation</td>
			<td class="xl63" style="width:89pt" width="119"></td>
			<td class="xl64" style="width:125pt" width="167"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a protocol for using gene set enrichment analysis to identify the appropriate animal model for translational research

מחקרים שנעשו לאחרונה כי בהשוואה datasets transcriptomic של מחלות האדם עם datasets דגמים העכבר באמצעות טכניקות מסורתיות ג'ין-כדי-גן השוואה הביא למסקנות סותרות בדבר הרלוונטיות של מודלים בבעלי חיים עבור translational מחקר. הסיבה הראשית עבור אי-ההתאמות בין ניתוחים ביטוי גנים שונים הוא שרירותי הסינון של גנים ביטוי באופן שונה. יתר על כן, ההשוואה של גנים יחיד בין מינים שונים ופלטפורמות לעתים קרובות הוא מוגבל על ידי סטיה טכני, שמוביל פירוש מוטעה קון/הכתבים בין נתונים של מודלים האדם ושל בעלי החיים. לפיכך, נדרשים מתוקננת גישות לניתוח נתונים שיטתי. כדי להתגבר על יעילות השוואות ג'ין-כדי-גן וסינון ג'ין סובייקטיבית, אנו לאחרונה הפגינו כי מפענוח העשרה set (GSEA) יש פוטנציאל כדי להימנע מבעיות אלה. לכן, פיתחנו פרוטוקול מתוקננת לשימוש של GSEA להבדיל בין מודלים בעלי חיים המתאימים ולא הולמים עבור המחקר translational. פרוטוקול זה אינה מתאימה כדי לחזות כיצד לתכנן מערכות מודל חדש א-פריורי–, כפי שהוא דורש נתונים ניסיוני טכנולוגיות קיימים. עם זאת, הפרוטוקול מתאר כיצד לפרש את הנתונים הקיימים בצורה סטנדרטית לשם בחירת המודל בעלי חיים המתאימים ביותר, ובכך להימנע לניסויים בבעלי חיים מיותרים ומטעה translational מחקרים.

מודגמות את זרימת העבודה GSEA ואת צילומי מסך של נתונים למופת. איור 1 מציג את קובץ הנתונים של ג'ין ביטוי המכיל את הנתונים transcriptomic של עניין. על כל מחקר קובץ תיאורי פנוטיפ נדרש זה מוצג באיור2. ג'ין המבואר סטים (למשל, מסלולים) מוגדרים בקובץ הגדר?...

Watch this Scientific Journal Video about A Protocol for Using Gene Set Enrichment Analysis to Identify the Appropriate Animal Model for Translational Research at JoVE.com

A Protocol for Using Gene Set Enrichment Analysis to Identify the Appropriate Animal Model for Translational Research

אנו מספקים פרוטוקול מתוקננת לשימוש של העשרה קבע מפענוח transcriptomic נתונים כדי לזהות מודל העכבר אידיאלי עבור המחקר translational. פרוטוקול זה ניתן להשתמש עם DNA microarray ו- RNA רצף נתונים, עוד יותר ניתן להאריך לנתונים אחרים טכנולוגיות אם נתונים זמינים.

פרוטוקול להצפנה באמצעות גנים להגדיר העשרה ניתוח כדי לזהות את המודל החייתי המתאים עבור המחקר Translational

Recent studies that compared transcriptomic datasets of human diseases with datasets from mouse models using traditional gene-to-gene comparison ...

Research

JoVE Journal

Biology

Testing Visual Sensitivity to the Speed and Direction of Motion in Lizards

בדיקת רגישות חזותית על מהירות ועל כיוון התנועה של לטאות

Testing visual sensitivity in any species provides basic information regarding behaviour, evolution, and ecology. However, testing specific features of ...

Computer-Generated Animal Model Stimuli

מחשב שנוצר מודל החיה גירויים

Communication between animals is diverse and complex. Animals may communicate using auditory, seismic, chemosensory, electrical, or visual signals. In ...

Using the Gene Pulser MXcell Electroporation System to Transfect Primary Cells with High Efficiency

שימוש ג&#39;ין Pulser מערכת MXcell electroporation כדי Transfect תאים ראשוניים עם יעילות גבוהה

It is becoming increasingly apparent that electroporation is the most effective way to introduce plasmid DNA or siRNA into primary cells. The Gene Pulser ...

Genome-wide Analysis using ChIP to Identify Isoform-specific Gene Targets

הגנום כולו ניתוח באמצעות שבב זיהוי איזופורם ספציפי מטרות ג&#39;ין

Recruitment of transcriptional and epigenetic factors to their targets is a key step in their regulation. Prominently featured in recruitment are the ...

The Method of Rodent Whole Embryo Culture using the Rotator-type Bottle Culture System

שיטת התרבות העובר שלמים מכרסמים באמצעות Rotator מסוג התרבות מערכת בקבוק

Whole embryo culture (WEC) technique has been developed in 1950's by New and his colleagues, and applied for developmental biology 1. Although development ...

Isolation of Ribosome Bound Nascent Polypeptides in vitro to Identify Translational Pause Sites Along mRNA

Isolation of Ribosome Bound Nascent Polypeptides in vitro to Identify Translational Pause Sites Along mRNA

הבידוד של הריבוזום פוליפפטידים המתהווה כרוכים<em&gt; במבחנה</em&gt; כדי לזהות אתרים השהה של תרגום לאורך ה-mRNA

The rate of translational elongation is non-uniform. mRNA secondary structure, codon usage and mRNA associated proteins may alter ribosome movement on the ...

Using SecM Arrest Sequence as a Tool to Isolate Ribosome Bound Polypeptides

באמצעות רצף מעצר SecM ככלי לבודד פוליפפטידים כרוכים הריבוזום

Extensive research has provided ample evidences suggesting that protein folding in the cell is a co-translational process1-5. However, the exact pathway ...

Using Caenorhabditis elegans as a Model System to Study Protein Homeostasis in a Multicellular Organism

Using Caenorhabditis elegans as a Model System to Study Protein Homeostasis in a Multicellular Organism

The folding and assembly of proteins is essential for protein function, the long-term health of the cell, and longevity of the organism. Historically, the ...

Xenopus laevis as a Model to Identify Translation Impairment

Xenopus laevis as a Model to Identify Translation Impairment

Xenopus laevis כמודל לזיהוי תרגום ירידת ערך

Protein synthesis is a fundamental process to gene expression impacting diverse biological processes notably adaptation to environmental conditions. The ...

Complete Workflow for Analysis of Histone Post-translational Modifications Using Bottom-up Mass Spectrometry: From Histone Extraction to Data Analysis

Workflow השלם עבור ניתוח שלאחר translational שינויים היסטון שימוש מלמטה למעלה ספקטרומטריית מסה: מתוך הפקת היסטון כדי ניתוח נתונים

Nucleosomes are the smallest structural unit of chromatin, composed of 147 base pairs of DNA wrapped around an octamer of histone proteins. Histone ...