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。

 

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

続きを読む 上流解析に利用できる情報

 

GeneMANIA: 機能の一覧の保存

遺伝子名の一覧に続き、機能の一覧を表示し、保存する方法を紹介します。

機能の一覧の表示

上部の “Functions” タブをクリックして、表示されているネットワークに含まれる遺伝子の持つ機能の一覧を表示できます。GeneMANIAの検索結果で表示されているネットワークが、生物学的にどのような機能を持っているのか(アノテーションを多く含んでいるか)確認できます。遺伝子名の一覧と同様に、各機能にマウスカーソルを合わせると、ネットワーク上のその機能を持つ遺伝子のみがハイライトされます。

Functions タブをクリック
Functions タブをクリック
機能の一覧。マウスカーソルを合わせてハイライト。
機能の一覧。マウスカーソルを合わせてハイライト。

機能の一覧の保存

遺伝子の一覧と同様に、メニューの「File」から「Save functions」を選択して、機能の一覧を保存できます。ダウンロードフォルダに、 “functions_list.txt” というファイルで保存されます。

 

File から Save functions を選択。
File から Save functions を選択。
 

GeneMANIA の結果から、遺伝子の一覧を取得

GeneMANIA の表示された結果から、ネットワークに含まれる遺伝子の一覧を見る方法の紹介です。

遺伝子の一覧の表示

右側の “Genes” タブをクリックすると、ネットワークに含まれる遺伝子の一覧が表示されます。また、表示された一覧の遺伝子名にマウスカーソルを合わせると、その遺伝子からつながっている部分だけがハイライトされます。(新機能のようです。)

Genes タブをクリック。
Genes タブをクリック。
マウスカーソルを合わせた遺伝子をハイライト。
マウスカーソルを合わせた遺伝子をハイライト。

 

遺伝子の一覧の保存

ネットワークに含まれている遺伝子の一覧をファイルとして保存できます。「File」メニューから、「Save genes」を選びます。ダウンロードフォルダに、”genes_list.txt” という名前のファイルで保存されます。

File --> Save genes を選択。
File –> Save genes を選択。
 

Cytoscape

タンパク間相互作用 (Protein-Protein Interaction) や、遺伝子の制御関係などのネットワークを表示するソフトとして、 Cytoscape があります。操作方法がなかなか難しいと思いますが、多機能なソフトです。ネットワーク図を作成し、そのネットワーク図のレイアウトをグラフ理論のアルゴリズムによって変更し、ネットワーク上の遺伝子の色をマイクロアレイデータの増減に応じて色付けするといったことが可能です。また、 Cytoscape の中から、GeneMANIA を呼び出すということもできます(追加でインストールが必要です)。

cytoscape
Cytoscape のサイト。

インストールするまでが少し大変かもしれません。Cytoscape を実行するには、Java と呼ばれるプログラムが別に必要になります。パソコンに初めからインストールされていることもありますが、ない場合は自分で Java をインストールする必要があります。

無料で使えるソフトですが、LGPLというライセンスに同意しなければなりません。ただ、ネットワーク図を作成したり、表示したりということに関しては、気にする必要はありません。Cytoscape を利用して、新たにプログラムを開発するといった場合に適用されます。

統合tvにも解説があります。