マイクロアレイデータの解析例 1.9 (上流解析、 GeneMANIA)

これまでの解析で、発現変動遺伝子の算出機能解析、さらにパスウェイ解析を通して、発現変動した遺伝子には、どのような機能の遺伝子が多いか、どの辺りのパスウェイの遺伝子が多いのか、全体的に見ました。

また、共通して変動したものが多いのか、特定のサンプルだけ変動した遺伝子が多いのかといった変動パターンは、ヒートマップで確認します。

特定の機能やパスウェイの遺伝子が、特徴的な変動パターンを示しているのであれば、それがキーになる可能性があるでしょう。そのあとは、それらの重要と考えられる遺伝子をリアルタイムPCRでチェックしたり、タンパクを免疫染色で確認したりといったバリデーションを行って、一段落となります。ここまでの結果で、論文なる場合もあるかと思います。(本当にキーになっているかどうか証明するのであれば、siRNAでノックダウンしたり、KOマウスを作成することになるでしょう。)

上流解析 (GeneMANIA)

もう少し、結果に新規性を求めるのであれば、上流解析を行うことになります。例えば、アポトーシスのパスウェイ上の遺伝子が増加していたのであれば、それを結果と考えて、それらの遺伝子を増加させている原因の遺伝子を探すというものです。

このとき、 Ingenuity Pathway Analysis (IPA) など有償のパスウェイデータベースがあれば便利です。無償のデータベースとしては、 GeneMANIA などがあります。

仮に PIK3R5, PRKACG, CASP12 遺伝子の増加が重要な結果であると考えられるとすると、それらを共通に制御する遺伝子が存在するようであれば、原因と言えるかもしれません。

GeneMANIA で、これら3つの遺伝子を検索すると、下記のようなネットワーク図が得られます。(オプションを変更して、50遺伝子まで検索しています。)

GeneMANIA で検索した結果。
GeneMANIA で検索した結果。

残念ながら、これら3つの遺伝子を直接共通に制御していそうな遺伝子は、見つかりませんでした。(新規性を求めるのであればということであり、必ずしもここまでの結果が要求されるわけではありません。)ネットワーク図から、次の研究のヒントは得られるかもしれません。

 

簡易的な上流解析(転写因子を探す)

発現変動遺伝子を確認後、上流解析を行うためには、代謝経路やシグナル伝達系など、一般的なパスウェイ(カノニカルパスウェイ)以外に、タンパク間相互作用 (PPI) や、遺伝子発現制御(転写制御)、共発現文献情報などが必要となります(前回までの記事を参照)。

それらの上流解析に利用できる情報は、無料で入手しやすいものから、そうでないものもあります。もし、敷居が高いと感じられるのであれば、簡易的に上流解析を行うことを考えてはいかがでしょうか。

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上流解析に利用できる情報

パスウェイやネットワークに含まれる情報のうち、上流解析に利用できる情報は、下記の4つに分類されます。それぞれの情報は、由来となるデータと、制御関係の方向、構成する要素(遺伝子なのかタンパクなのか)という点で、性質や入手方法が異なります。また、情報の入手しやすさも違います。これらの情報を含むパスウェイまたはネットワークを利用することで、上流解析の情報の制約をクリアできます。

  1. タンパク間相互作用(PPI)
  2. 遺伝子発現制御
  3. 共発現
  4. 文献情報

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パスウェイやネットワークの持つ情報の制約

前に、「上流解析には、パスウェイ解析やネットワーク解析を用いる」と述べましたが、どんなパスウェイやネットワーク図であっても、上流解析ができるわけではありません。パスウェイやネットワークの図に含まれる情報には制約があります。「図の中に含まれる遺伝子、を制御している可能性のある遺伝子X」が載っていないのであれば、上流解析はできません。

例えば、KEGGに代表されるような代謝経路の図(マップ)は、代謝される物質と、それを触媒する酵素についてまとめられたマップです。そのため、ほとんどの場合、それらの酵素を制御する遺伝子についての言及はありません。

代謝経路に描かれる情報の範囲。
代謝経路に描かれる情報の範囲。

同様に、TGF-beta のパスウェイなど、既知のシグナル伝達系についてまとめられたパスウェイ(カノニカルパスウェイなどと呼ばれます)についても同様です。多くの場合、「シグナルの流れ」に注目してまとめられているため、「シグナル伝達を行う遺伝子、を制御する遺伝子」は、載っていません。

シグナル伝達系のパスウェイに描かれる情報の範囲。
シグナル伝達系のパスウェイに描かれる情報の範囲。

では、どうやって、Xを探せばよいのでしょうか?

続きます。