应用WGCNA算法鉴定冠心病进展过程中的关键基因

目的:利用综合的生物信息分析方法,鉴定影响冠心病进展的关键通路和枢纽基因。方法:利用双尾T检验筛选出冠心病进展过程中的差异表达基因,进行功能注释和通路分析,初步探究冠心病进展过程中的功能和通路变化。利用加权基因共表达网络分析(WGCNA)的方法和差异表达基因的数据,建立反映基因调控网络特性的加权共表达网络,鉴定出网络内功能上高度相关的基因模块。筛选出与冠心病进展高度相关的基因模块和模块内的枢纽基因,进行功能注释和通路分析。结果:筛选出4496个差异表达基因,发现能量代谢、电传导、心肌收缩和部分心脏疾病相关的通路被激活。WGCNA共构建出8个基因模块,其中Yellow模块与冠心病进展高度相关,其枢纽基因为C6orf25、CTDSPL、TUBB1、PTGS1和ABLIM3,功能注释和通路分析也证实该模块与冠心病进展高度相关。结论:本研究采用综合的生物信息分析方法鉴定出了冠心病进展过程中的关键通路和枢纽基因,这些枢纽基因可作为冠心病诊疗过程中的靶分子,为临床决策和实验研究提供依据和思路。

基于WGCNA算法的基因共表达网络构建理论及其R软件实现

WGCNA(weighted geneco-expression network analysis)算法是一种构建基因共表达网络的典型系统生物学算法,该算法基于高通量的基因信使RNA(mRNA)表达芯片数据,被广泛应用于国际生物医学领域。本文旨在介绍WGCNA的基本数理原理,并依托R软件包WGNCA以实例的方式介绍其应用。WGCNA算法首先假定基因网络服从无尺度分布,并定义基因共表达相关矩阵、基因网络形成的邻接函数,然后计算不同节点的相异系数,并据此构建分层聚类树(hierarchical clusteringtree),该聚类树的不同分支代表不同的基因模块(module),模块内基因共表达程度高,而分数不同模块的基因共表达程度低。最后,探索模块与特定表型或疾病的关联关系,最终达到鉴定疾病治疗的靶点基因、基因网络的目的。

探索结直肠癌血清外泌体有效分子标志物

目的基于血清外泌体数据结合加权基因共表达算法(WGCNA)和蛋白-蛋白互作分析(PPI)筛选结直肠癌(CRC)患者有效血清标志物,为预测CRC的发生提供帮助。方法从外泌体数据库(http://www.exorbase.org/)中下载健康人群和CRC患者血清外泌体基因表达数据,采用WGCNA和PPI对由118例健康人群和35例CRC患者组成的数据集进行分析,并利用外部的癌症基因组图谱(TCGA)数据库、GEO(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)数据库中GSE192667和GSE24549数据集、R2预后平台(https://hgserver1.amc.nl/cgi-bin/r2/main.cgi)、CancerSEA(http://biocc.hrbmu.edu.cn/CancerSEA/)单细胞数据集和TIMER(https://cistrome.shinyapps.io/timer/)网站分析和验证核心分子。结果外泌体数据库中CRC患者较健康人群上调基因有5078个,下调基因有13004个。基于WGCNA和PPI算法获得了甘油醛3-磷酸脱氢酶基因(GAPDH)和微管蛋白α-1B基因(TUBA1B)作为核心分子。并通过内部数据集验证GAPDH和TUBA1B表达与CRC发生相关,可以作为有效的血清外泌体分子标志物。同时,外部TCGA数据集中上述两个基因在肿瘤组织中均高表达,在R2生存平台中高表达GAPDH和TUBA1B患者预后更差。同时在GSE192667和GSE24549数据集也获得了相似的结果。基于GSE192667数据集构建并验证了生存风险模型[生存风险模型得分=GAPDH表达量×0.0015+TUBA1B表达量×(-0.0002)]。利用CancerSEA网站和TIMER网站并结合基因集富集分析(GSEA)发现核心分子涉及了多个肿瘤相关通路和功能。结论利用血清外泌体数据库结合WGCNA和PPI算法,筛选获得的GAPDH和TUBA1B可以作为CRC患者有效的血清外泌体分子标志物。

肾肿瘤相关基因的共表达网络构建与分析

作为泌尿系统常见的肿瘤之一,肾肿瘤发病率在逐年上升。针对Affymetrix hgu133b的基因芯片数据进行差异表达基因筛选,应用加权基因共表达网络分析算法构建肾肿瘤差异表达基因的共表达网络。分析肾部正常组织和肿瘤组织差异表达基因之间的关联模式;选取与肿瘤发生关联程度最高的模块,筛选枢纽基因。最后,针对枢纽基因进行基因本体富集分析。细胞衰老是抑制肿瘤发生的主要机制之一,分析结果显示枢纽基因PLA2R1和TBX3与细胞衰老有关,可能对肾肿瘤的形成具有重要影响。该结果与基因PLA2R1通过促进细胞衰老抑制肾部肿瘤发生的研究结论一致。