Российская академия наук


Идентификация сигнатур экспрессии генов в астроцитарных глиомах с использованием искусственной нейронной сети



страница464/848
Дата10.12.2019
Размер1.98 Mb.
1   ...   460   461   462   463   464   465   466   467   ...   848
Идентификация сигнатур экспрессии генов в астроцитарных глиомах с использованием искусственной нейронной сети

А.А. Меклер1, Д.Р. Шварц, В.В. Дмитренко2, А.В. Ершов2, В.М. Кавсан2

1Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича, Россия; 2Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины, Киев, Украина
Идентификация специфических профилей экспрессии генов, так называемых сигнатур, и разносторонняя характеристика белковых продуктов генов, являющихся кандидатами на включение в состав сигнатур экспрессии астроцитарных глиом, необхимы для понимания механизмов возникновения этих злокачественных новообразований головного мозга, а в практическом плане – для прогностической оценки и определения рациональной стратегии лечения пациентов.

Большое количество исследований, направленных на идентификацию и характеристику изменений экспресси генов в определенном типе опухолей, позволило получить обширную базу данных относительно экспрессии всего генома человека для большого количества биологических образцов. Коллекция такого беспрецедентного количества данных вызвала необходимость развития новых методов их анализа. На сайте NCBI имеется обширная база данных по анализу экспрессии генов с помощью микрочипов в опухолях головного мозга. На основе этих экспериментальных данных нами была создана своя база данных по экспрессии 12480 генов в астроцитарных глиомах разной степени злокачественности и нормальном головном мозге: 74 образце нормального головного мозга, 45 образцах пилоцитарной астроцитомы (I степень злокачественности по классификации ВОЗ), 17 образцах диффузной астроцитомы (II степень злокачественности по классификации ВОЗ), 93 образцах анапластической астроцитомы (III степень злокачественности по классификации ВОЗ) и 224 образцах глиобластомы (IV степень злокачественности по классификации ВОЗ). Данные об экспрессии генов в астроцитарных глиомах были извлечены из так называемой базы «Gene Expression Omnibus». Они были соответствующим образом обработаны, чтобы упорядочить их и нивелировать различия вследствие проведения экспериментов в разных лабораториях и использования нескольких типов микроаррейных платформ, которые отличались количеством нанесенных на них проб генов.

С помощью стандартных статистических методов с использованием критерия Стьюдента нами было отобрано 20 генов с достоверными изменениями экспрессии в глиобластоме по сравнению с нормальным головным мозгом. Используя нейронную сеть, образцы глиобластом и нормального головного мозга можно разделить на две группы на основании этой 20-генной сигнатуры. Проверка сигнатуры на тестовых образцах показала, что за несколькими исключениями эти образцы попали в соответствующие группы. Сравнение данных по экспрессии этих 20 генов в астроцитомах различной степени злокачественности позволило получить довольно хорошую кластеризацию опухолей соответственно степени злокачествен-

ности на карте Кохонена, однако есть довольно существенное перекрывание между группами, в особенности между опухолями 3-й и 4-й степени злокачественности.

С целью повышения достоверности результатов, нами были сопоставлены данные, полученные двумя современными методами экспрессионной генетики – микроаррейного анализа и серийного анализа генной экспрессии. Было выявлено 30 генов, 5-кратные изменения экспрессии которых в глиобластомах по сравнению с нормальным головным мозгом подтверждаются обоими методами. Анализ экспрессии некоторых из этих генов, проведенный на хирургических образцах глиобластом и нормального головного мозга с помощью обратной транскрипции-полимеразной цепной реакции, подтвердил изменения их экспрессии в опухолях. Кластеры образцов глиобластом и нормального головного мозга хорошо разделялись на основании данных по экспрессии этих 30 генов. Однако при сравнении глиобластом и анапластических астроцитом их разделение на карте Кохонена было существенно хуже. Отбор генов для сигнатуры вышеупомянутыми способами проходил в предположении наличия генов, средние значения экспрессии которых существенно различаются в глиобластомах и анапластических астроцитомах, и, следовательно, возможности линейного разделения этих двух классов опухолей. Плохое разделение классов опухолей на СОК при использовании выявленных таким образом генов говорит о невозможности линейного разделения опухолей 3-й и 4-й степени злокачественности.

Дальнейшее исследование заключалось в решении задачи выявления набора генов, дающего максимально выраженное нелинейное разделение между этими классами. Для этих целей нами был использован метод оценки качества кластеризации на СОК векторов, относящихся к разным классам, и введён соответствующий критерий. В связи с большим количеством генов, из которых надо получить необходимый набор, у нас не было возможности прибегнуть к полному перебору вариантов. Поэтому данный метод был использован в сочетании с генетическим алгоритмом, где введённый нами критерий был задан в качестве оптимизируемой величины.

Используя созданную нами базу данных и разработанные алгоритмы поиска переменных для классификации, подобрано несколько десятков комбинаций по 10 генов, каждая из которых позволяет разделить на карте Кохонена глиобластомы и анапластические астроцитомы. Дальнейший анализ позволит определить оптимальный список генов для кластеризации опухолей этих двух наиболее злокачественных стадий.

Работа поддержана грантом РФФИ №12-04-90434-Укр_а и грантом НАН Украины 07-0412


Каталог: news
news -> Умеренные когнитивные нарушения у больных с сосудистым поражением головного мозга 14. 01. 11 нервные болезни
news -> 15-й международный медицинский форум «качество и безопасность оказания медицинской помощи» нижегородская ярмарка россия, Нижний Новгород
news -> Сборник материалов
news -> Разработка технологии вкусоароматических добавок с применением сенсорных технологий
news -> «казұму 85 жыл: жетістіктері мен келешегі» халықаралық ғылыми-тəжірибелік конференция аясындағы «клиникалық фармация: халықаралық ТƏжірибе мен қазақстанның денсаулық сақтаудағы даму ерекшеліктері»
news -> Программа международной научно-практической конференции 14-15 апреля 2016 г. Курск 2016
news -> Российская академия наук отделение физиологических наук


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   460   461   462   463   464   465   466   467   ...   848


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница