[18] Bi-directional gene set enrichment and canonical correlation analysis identify key diet-sensitive pathways and biomarkers of metabolic syndrome

2010

Background

  현재 마이크로어레이 실험에서 유용한 유전자 리스트를 생성하기 위한 여러 생물정보학적 방법들이 있다. 이러한 리스트는 데이터의 정확한 기본 분석을 나타내지만, 이러한 리스트들을 맥락화하는 데 사용할 수 있는 옵션이 적다. 이러한 방법의 개발과 검증은 임상 환경에서 마이크로어레이 기술의 보다 광범위한 응용에 있어 중요하다. 임상 생물정보학에서 중요한 두 가지 과제는, 동적인 전사체 변화의 적절한 통계적 모델링과 매우 큰 데이터셋에서 임상적으로 관련있는 의미를 추출하는 것이다.

Results

  여기에서는 Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) 를 적용하여 유전자 집합 내에서 양방향 enrichment를 감지할 수 있게 했다. 더불어 우리는 정상적인 임상적 중요성을 갖는 혈장 표지자를 이용하여 우리의 전사체 데이터에서 가장 중요한 유전자와 pathway 변화를 식별하는 데 도움이 되도록, canonical correlation analysis와 Fisher's Exact test를 적용했다. High-CLA 소고기 식이 28일간의 식이 이후에 유전적으로 비만인 쥐의 대사 건강에 명확한 개선이 나타났음을 나타내는 여러 혈장 표지자의 범위가 있었다. 조직 전사체 프로파일은 간에서 가장 극적이었음을 나타냈으며 (유의수준 p < 0.05, 1270개의 유전자 유의하게 변화), 이를 근육 (601개의 유전자) 및 지방 (16개의 유전자)이 따랐다. 수정된 GSEA 결과는 high-CLA 소고기 식이가 세 조직 전반에 걸쳐 다양한 생물학적 과정에 영향을 미쳤으며 대부분의 경로 변화가 양방향 검정에서만 유의미하게 도달했음을 보여 주었다. 간 조직 마이크로어레이 결과를 혈장 표지자 데이터와 결합하여 대사 건강의 한 가지 이상의 혈장 표지자와 강한 canonical correlation을 보이는 110개의 CLA 민감 유전자를 식별하였으며, 이 중 9개는 이러한 집합 내에서 유의하게 over-represented 된 pathway 였다. 이러한 경로 각각은 high-CLA 식이에 의해 유의적으로 변경되었다. 두 가지 pathway인 selenoamino acid metabolism 및 steroid biosynthesis 의 자세한 조사는 해당 pathway의 구성 유전자들의 식이에 민감한 변화 및 식이 효과와 관계없이 대사 증후군의 혈장 표지자들과의 강력한 상관 관계를 명확하게 보여 주었다.

 

Conclusion

  Bidirectional GSEA는 생화학적 pathway에서 dynamic regulatory allocation을 더 정확하게 반영하며, 따라서 전통적인 방법을 사용하여 감지되지 않은, 생물학적으로 관련 있는 변화를 강조한다. 치료에 대한 전사체 반응이 매우 큰 경우에는 정상적인 상관 분석을 결합하여 관심 있는 임상 표지자와 가장 강력한 상관 관계를 보이는 pathway의 하위 집합을 강조하는 Fisher's exact test를 통해, 이러한 경우에는 selenoamino acid metabolism 및 steroid biosynthesis를 대사 건강과 high-CLA 소고기 식이 간의 관찰된 관계를 중재하는 핵심 pathway로 식별했다. 이러한 결과는 이러한 유형의 분석이 질병의 새로운 전사체 기반 바이오마커을 생성하는 잠재력을 갖고 있다는 것을 나타낸다.

 

Original paper

https://bmcbioinformatics.biomedcentral.com/articles/10.1186/1471-2105-11-499

Bi-directional gene set enrichment and canonical correlation analysis identify key diet-sensitive pathways and biomarkers of met