Анализ данных по раку молочной железы

Был проведен анализ данных микрочипового эксперимента, призванного выявить реакцию организма больного раком пациента на потенциальные лекарства. Данные представляют собой замеры уровня экспрессии генов пациентов больных раком молочной железы, после введения препаратов. В качестве потенциальных лекарств тестировались вещества RITA в объеме 0,1μM и 1μM, Nutlin в объеме 10μM. Замеры проводились в следующих временных точках (единицы измерения в часах):

Количество исследованных объектов - 22276.

Одной из задач анализа была оценка того, как изменится экспрессия генов в первые часы после приема препаратов. В частности очень важно проанализировать поведение генов, которые влияют на процесс апоптоза - программируемой клеточной смерти, которая наступает при нарушении правильного функционирования клетки (например, в результате мутации ДНК). В клетках раковых опухолей процесс апоптоза подавлен, что позволяет раковым клеткам продолжать делиться. Одним из самых важных противораковых генов является ген tp53 (tumor protein 53), который активируется при повреждениях генетического аппарата, а также при стимулах, которые могут привести к подобным повреждениям, или являются сигналом о неблагоприятном состоянии клетки (стрессовом состоянии). Его функция состоит в удалении из пула реплицирующихся клеток тех клеток, которые являются потенциально онкогенными (отсюда образное название белка р53 - хранитель генома). Сам процесс апоптоза, конечно, регулируется не одним геном, а целой генной сетью, однако решающим фактором является именно tp53, тогда как остальные гены заменяемы (существует несколько сигнальных путей, ведущих к tp53). Числовые значения в таблице варьировались от 0.1 до 70390. Перед началом анализа, данные подвергнулись следующей обработке: все значения экспрессии меньшие заданного порога, равного 200 были приравнены к этому порогу. Это было сделано ввиду стохастической природы данных: все значения меньше 200 представляют собой в основном случайный шум.

На первом этапе анализа данные были разбиты на три таблицы в соответствии с исследовавшимся препаратом: RITA_0.01, RITA_1 и Nutlin, далее каждая из этих таблиц анализировалась отдельно. В каждой временной точке кроме контроля (0ч.) было проведено только одно измерение экспрессии для каждого препарата, поэтому временные точки были сгруппированы следующим образом: и каждая из этих групп сравнивалась с контрольной группой в качестве которой выступали 3 замера уровня экспрессии в 0ч.

Рисунок 2. Эмпирические плотности распределения экспрессий генов в разные моменты времени. Вертикальной линией обозначен порог по которому отсекались несущественные значения

Статистический анализ проводился с помощью статистик Стьюдента, Вилкоксона и гипергеометрического теста. Граничным было выбрано значение 0,01. Т.е. отбирались только те гены, скор которых превышал 2, что является довольно сильным ограничением. Стоит отметить, что корреляции между скорами, полученными по одним и тем же данным различными методами во всех 27 случаях был выше 0,95, что позволяет говорить о надежности результата. Количество генов, отобранных различными методами для препаратов RITA и Nutlin приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.