Μέθοδοι λειτουργικής ανάλυσης στη Βιολογία Συστημάτων

Abstract

Η λειτουργική ανάλυση εμπλουτισμού της γονιδιακής έκφρασης είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων, η οποία αποσκοπεί στον προσδιορισμό σημαντικά στατιστικών ομαδοποιήσεων πρωτεϊνών/γονιδίων σε κατηγορίες που σχετίζονται με ορισμένες βιολογικές διεργασίες, μονοπάτια, ασθένειες ή φαινότυπους. Παρά το γεγονός ότι σήμερα υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός βιοπληροφορικών εργαλείων για λειτουργική ανάλυση, τα περισσότερα από αυτά μπορούν να επεξεργαστούν μία λίστα κάθε φορά, καθιστώντας έτσι μια πιο συνδυαστική ανάλυση περίπλοκη και επιρρεπή σε λάθη. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία, παρουσιάζεται το FLAME, ένα διαδικτυακό εργαλείο για συνδυαστικές αναλύσεις δεδομένων, καθώς επιτρέπει τον συνδυασμό πολλών λιστών πριν από την ανάλυση εμπλουτισμού. Οι χρήστες μπορούν ως αρχεία εισόδου να χρησιμοποιήσουν αρκετές λίστες και να τις επεξεργαστούν με την χρήση διαδραστικών γραφημάτων UpSet, ως αποτελεσματικότερη εναλλακτική λύση έναντι των διαγραμμάτων Venn, με σκοπό την εύρεση τομών/ενώσεων κλπ μεταξύ όλων των επιθυμητών συνδυασμών των αρχείων. Ο εμπλουτισμός λειτουργικότητας και βιβλιογραφίας, καθώς και ενσωματωμένα εργαλεία για μετατροπές αναγνωριστικών των γονιδίων και εύρεση ορθόλογων γονιδίων προσφέρονται από τις εφαρμογές g:Profiler και aGOtool για 197 οργανισμούς. Στην παρούσα έκδοση, το FLAME μπορεί να αναλύει γονίδια/πρωτεΐνες και να τα εντάσσει σε γονιδιακές οντολογίες, μονοπάτια, ρυθμιστικά μοτίβα, λειτουργικές επικράτειες, ασθένειες, φαινότυπους και βιβλιογραφικές αναφορές, ενώ μπορεί επίσης να δημιουργήσει δίκτυα πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων που προέρχονται από την STRING. Για τον έλεγχο της λειτουργικότητας του FLAME, πραγματοποιήθηκε μελέτη δεδομένων γονιδιακής έκφρασης που σχετίζονται με την ευαισθησία του περιφερικού τμήματος του παχέος εντέρου στον πειραματικό καρκίνο του παχέος εντέρου (Καρκίνος σε έδαφος κολίτιδας). Η εφαρμογή FLAME συνιστά μια διαδραστική φιλική προς το χρήστη πλατφόρμα που επιτρέπει τον εύκολο χειρισμό δεδομένων και αποτελεσμάτων, τα οποία μπορούν να απεικονιστούν ως διαδραστικοί και παραμετροποιήσιμοι πίνακες με τα αντίστοιχα διαγράμματα heatmaps, barcharts, διαγράμματα Manhattan και δίκτυα. Διαθεσιμότητα: Η εφαρμογή FLAME βρίσκεται online: http://flame.pavlopouloslab.info Κώδικας: https://github.com/PavlopoulosLab/FLAME

Functional enrichment is a widely used method for interpreting experimental results by identifying classes of proteins/genes associated with certain biological functions, pathways, diseases or phenotypes. Despite the variety of existing tools, most of them can process a single list per time, thus making a more combinatorial analysis more complicated and prone to errors. In this thesis, we present FLAME, a web tool for combining multiple lists prior to enrichment analysis. Users can upload several lists of preference and use interactive UpSet plots, as an alternative to Venn diagrams, to handle unions or intersections among the given input files. Functional and literature enrichment along with gene conversions are offered by g:Profiler and aGOtool applications for 197 organisms. In its current version, FLAME can analyze genes/proteins for related articles, Gene Ontologies, pathways, annotations, regulatory motifs, domains, diseases, phenotypes while it can also generate protein-protein interactions derived from STRING. We have herein validated FLAME by interrogating gene expression data associated with the sensitivity of the distal part of the large intestine to experimental colitis-propelled colon cancer. The FLAME application comes with an interactive user-friendly interface that allows easy list manipulation and exploration, while results can be visualized as interactive and parameterizable heatmaps, barcharts, Manhattan plots, networks and tables. Availability: FLAME application: http://flame.pavlopouloslab.info Code: https://github.com/PavlopoulosLab/FLAME