Eva Budinská
Seminár IBA
.10.2008
DNA (Chr. 1)      gene 1 (eye colour)
"Č
gene 2 (shape of the nose)
C I G I A I A I C I
G
	ZMZM
	y\
transcription ~ expression
RNA
mBJMA
G I    I U
U
tKNA
PROTEIN,
as
translaáon
\
asparagin
		glycin
alanin		
		
olekularne biologické data
DNA
A

Eíillu ."úr:
J Turiďcriptiaii
ENA                   |
nwiin^niru ľ:iEi: no (rimnľ
TJUuTj
Translation
I
-^
protein
~2)
et kópií génov
2. Hladina expresie génu (výskyt RNA)
d, Yývkyi.j iiiiiüZsj'tvü u šixiikínm


nsity dát
stovky až desaťtisíce informácií o jedinej biologickej vzorke (tkanivo pacienta, bunky pletiva rastliny, kmeň baktérie...)




informácie o stovkách až desaťtisícoch štruktúrnych alebo funkčných molekúl na jednu biologickú vzorku (tkanivo pacienta,
bunky pletiva rastliny, kmen baktérie  J
získavané špeciálnymi technikami
Translation
I
-^
protein
~2)
tresne microarray
D,
Výšky
L.j   HlXlUZsj'tVO íi Ú'íľlliťíílľíi plÜLöhlÜV
(Proteinové microarra] SELDI TOF spektrometria ...)


Microarra
«o»

•r
• O«       CM
'• 08'
*•• •
<i- .o
•i
3*         •
■


v diagnostike, epidemiologii, klasifikácii nádorov
•    až 90% ľudských nádorov - genetická nestabilita: zmeny v počte chromozómov, mnohonásobné génové amplifikácie a delecie, zmeny v génovej expresu
•    => klinická rozdielnosť histologický podobych nádorov M potreba komplexnej analýzy nádorov na úrovni DNA,
RNA i proteínov		
2.  štúdie rozlišujúce jednotlivé druhy (baktérie...)
3.  konštrukcia fylogenetických stromov
/ / i

ríprav

;ifT£iy £
klička

A+ RNA Isolation
Sa m pi« A
Sample H
i
i
B. cDNA Generation
C.  Labeling of Probe
Rjľyits-ľ Tnuivcriptase
t
V                    Fluorescent
Kí
ŕ*
T.
..í
-f
>V>
Ü. Hybridization to Array
E. Imaging
Sum pic A > H
Sample A = ft
S:LiM|>lŕ B =■ A	
•	•
•	
O	•   •
•	
F. Analýza obrazu (snímanie intenzít jednotlivých kanálov)
Dátový súbor:
číselné hodnoty intenzít testovanej a referenčnej
|->MA    /■    UAJMA4...  _____i:
kontrola kvality spotov
Ďalšia analýza
1.    úpravy datového súboru
2.    určenie odlišných génov
3.    klasifikácia, predikcia....

A		B	C	D	E	F	G	H	I	J	K	L	M     TÍ
1	Unique positiorllD             IChromosome    Mb positio SES end IPlate info Block      |Column    Row        Name     |X           |Y            Dia.												
2	44RP11-195a8                     1 37581779 37726637					NKI2C1	26	11	19	44	8600	35890         140—"	
3	44RP11-195a8		1	37581779 37726637		NKI2C1	26	10	19	44	8370	35890         140	
4	44	RP11-195a8	1	37581779 37726637		NKI2C1	26	12	19	44	8820	35890	140
5	102	RP11-124d4	1 87374825|87558032			NKI2B12	4	7	19	102	16600	8970	120
6	102	RP11-124d4	1	87374825 87558032 NKI2B12              4				9	19	102	17060	8970	130
7	102	RP11-124d4	1	37374825 87558032 NKI2B12 I           4.				i           8	19	102	16830	8970	120
S	154	RP11-145H4 RP11-145H4	1	1.52E-KB	1.52E-KBNKCG5		26	11	20	154	8600	36110	150
9	154		1	1.52E-KB	1.52E-KBNKGG5		26	13	20	154	9040	36110	140
10	154 RP11-145H41                   1			1.52E-KB	1.52E-KBNKGG5		26	12	20	154	8820	36110	150
11	187	RP11-1122I*	1	1.83E-KB	1.83E-KB NKCF10		20	7	20	187	16690	27120	130
12	187	RP11-1122W	1	1.83E-KB 1.83E-riB|NKGF10 |          20				6	20	187	16460	27120	130
13	187	RP11-1122M	1 1.83E-KB|1.B3E-HB|NKGF10 |          20					5	20	187	16240	27120	130
14	196	RP11-6618	1	1.89E-KB	1.9E-KB	NKI2C2	18	10	19	196	8330	26880	130
15	196	RP11-G6B	1	1.89E-KB	1.9E-KB	NKI2C2	18	11	19	196	8560	26890         130	
16	196 RP11-66)8		1	1.B9E-KB	1.9E-KB	NKI2C2	18	12	19	196	8780	26880         130	
17	236	RP11-845b6	1	2.27E-KB	2.27E-K38	NKI2C3	10	10	19	236	8330	17960	140
18	236	RP11-845b6	1	2.27E-KB	2.27E-HB	NKI2C3	10	10	19	236	8330	17960	140
19	236	RP11-845b6	1	2.27E-KB	2.27E-KB	NKI2C3	10	12	19	236	8780	17960	150
20	236	RP11-845b6	1	2.27E-KB	2.27E-K38	NKI2C3	10	12	19	236	8780	17960	150
21	236	RP11-845b6	1 2.27E-KBI 2.27E-KB			NKI2C3	10	11	19	236	8550	17960	140
22	236	RP11-845b6	1 2.27E-KB 2.27E-KB			NKI2C3	10	11	19	236	8550	17960	140
23	320	RP11-1084a2	2 47485695 47697380 NKI1F10				24	7	20	320	16660	31610	130
24	320	RP11-1084a2 RP11-1084a2	2	47485695	47697380	NKI1F10	24	6	20	320	16440	31610	130
25	320		2	47485695	47697380	NKI1F10	24	5	20	320	16220	31610	130
26	323	RP11-460n13                   2		47854784	48034160	NKI2H8	4	12	20	323	17720	9190	130
27	323	RP11-460n15 RP11-460n15	2	47854784	48034160	NKI2H8	4	11	20	323	17500	9190	130
26	323		2	47854784 48034160|NKI2H8			4	13	20	323	17940	9190	130
29	324 RP11-3g11		2 47946940148102089 NKI2H7				12	11	20	324	17540	18150	130
30	324 RP11-3g11		2	479469401481020891NKI2H7			12	12	20	324	17760	18160	140
31	324 RP11-3g11		2 47946940 48102089 NKI2H7				12	13	20	324	17990	18160	140
32	361 RP11-232J18		2 71372264 71537932 NKI1F4				8	20	19	361	19530	13430	130
33	361	RP11-232J18 RP11-232Í18 results_vyrad	2 71372264 71537932			NKI1F4	8	1	20	361	15250	13660	130
J4_ n i	361 ► n|\Nossek_		2 71372264 71537932 enejcomplet /			NKI1F4	________B.	-uJ!	í9	361	19290	13430         130 H	


Príklad
- Golub et al.(1998)
Cieľ: Nájst odlišne exprimované gény medzi podtypmi leukémie
	
	
	

AML skupina
IB

í    ]   i III   =		
rjl ľH:<n»inľ:

~ gen
stĺpec ~ pacient
^Jj  Súbor     Úpravy     Zobraziť     Vložiť     Formát     Nástroje     Údaje     Okno     RExcel     Stanford Tools     Pomocnik     Adobe PDF									Hä	I &	2 x
]ij^d ^jIoéai^&Iä 4i a- yi-j - p -ia £ -éi si i ia ^ 100% z.mM											
											
^ Arial                             ^10    ~||b|			r   u  I =" = "= tt I &5								
											
i^^ |i^|											
1           A1            -             %  GeneID											
	A                       B		C                     D                     E                     F                     G                     H                      I								
1	GeneID      iRepoiter name		117A               117B               123A               123B               125A               125B               138A               138								
2	HSI001A01   HIST1H1C		1,777863621    1,498141614   0,312009636   -0,865553809 0,413427451    1,816147903   0,056904331   -0,£								
I   3	HSI001A02 TAF11		0,256294553   0,363418528   0,379327176   0,311856954   0,419228718   -0,018800963 0,887658927							o/;	
1   4   HSI001A03		NDUFC1	-0,453696857	-0,662449411	-0,205996814	-0,44287382	-0,632914343	-0,660918097	-0,391079926	-0,6	
I   5	HSI001A04 HSI001A05	SMCHD1	-0,243293829	0,295755589	-0,32141845	-0,877129231	0,112863779	0,446898061	0,382009142	0,6"	
E		CR1L	2,36736488	1,757569614	1,493341934	2,146968064	3,258798183	4,146356701	1,174688618	2,7í	
7 8 9 J   10 11 12	HSI001A06 HSI001A07 HSI001A08	RGS2	0,894668283	1,576990652	2,000830136	0,177083704	0,328513017	1,153821628	-0,430994873	0,0-	
		MARF1	0,063204616	-0,251650027	-0,037516441	-0,071927848	-0,068472315	0,714017788	-0,603380403	-0.C	
		RIF1	-1,035395358	-0,597618118	-0,842048231	-0,333608944	-0,757768183	0,107537423	-0,552971777	0,0í	
	HSI001A09	PRKAR1A	-0,312906681	0,903133397	-0,292124185	0,083872417	-0,75879236	0,819206247	-0,376241539	0,91	
	HSI001A10	RNF11	0,182274718	1,266396447	-0,03050399	0,096125579	-0,660121977	0,26392072	-0,762314596	0,4	
	HSI001A11	TNRC15	0,277119138	0,369293265	0,219858236	1,055130156	-0,151141992	0,882080858	-0,192741635	0,41	
13 14 15	HSI001A12 HSI001B01 HSI001B02	RP11-301117.1	-0,236985198	-0,2774671	0,062289917	0,547534322	-0,325565709	0,050133068	-0,332141361	0,0(	
		HDHD1A	-1,448739796	-1,427995838	-0,968385615	-1,144525017	-0,66976125	-0,452429773	-1,837768482	-1,4	
		CD59	-0,181040975	0,024735645	-0,285959941	-0,693527013	-0,387395951	-0,180710213	-1,163419692	-0,7	
16	HSI001B04	PIAS4	-1,125275376	-1,136551385	-1,678951039	-1,457463986	-1,457773178	-1,057856186	-1,320349016	-0,E	
17	HSI001B05	OLFM1	1,337913142	-0,04331583	-0,996851046	-1,162263	-0,515078134	-1,402104824	-1,630167503	-1,7	
18	HSI001B06	CACNA11	-0,035725334	-0,192057838	-0,371683837	-0,774231543	-0,548358323	-0,539405912	0,003271304	-o,c	
19	HSI001B07	GGA2	0,063987235	-0,347913196	0,086640297	-0,059059331	0,08367469	0,33003719	-0,419614154	-o,c	
20	HSI001B09	R3HDM1	-1,283873947	-0,51229348	-0,908368055	-0,591837637	-0,959277524	-0,580718778	-1,143809722	-0,£	
1 21 I 22 23 24 25 26	HSI001B10	CLSPN	0,147019804	-0,178245198	-0,276177744	-1,220811452	-0,269190553	-1,737246983	-0,574205651	-1,1 -1,7 0,3"	
	HSI001B11	CALM3	-0,5371439	-1,19151506	-1,336076572	-1,492489971	-1,057042205	-2,599276331	-0,996461191		
	HSI001B12	TRRAP	-0,945438274	-0,80570667	-0,902179278	-0,213094467	-0,776939542	-0,353523852	-0,131579844		
	HSI001C02	SFRS3	-0,995336771	-0,88339825	-0,508137264	-0,777766453	-0,888892945	-0,618775625	-0,796440769	-0,4 -1,6	
	HSI001C03	BAT2	-0,090094673	-1,994727357	-1,137113255	-0,708524595	-1,020030635	-2,58699984	-0,794103649		
	HSI001C04	TRAF3IP2	-1,11213323	-0,737149218	-1,703117746	-1,83789235	-1,542585897	-1,105920749	-1,317314617	-0,6	
27	HSI001C05 HSI001C06 HSI001C07	LAPTM5	2,791649297	1,962636109	1,706590717	2,852623068	3,580434805	4,301670556	1,564435766	2,9í	
28		KIAA0146	-0,127196236	-0,472680155	-0,318892698	0,14108207	-0,598182089	-0,23761168	-0,204982088	0,0"	
1 29		BLMH	-0,561548851	-0,868182319	-0,080542952	-0,218454597	-0,478097166	0,292222795	-0,734977724	-0,4	
In   <   ►   n \BreastCancerAll.2/			Jifijüia]                                                                     >								

58
82
oarray experimentu
Design, N vzoriek
NORMALIZATION WITHIN ARRAYS
HYBRIDIZACE
N microarray sklíčok
N Tiff obrázky
ANALÝZA      1               1 OBRAZU i     ------------H	Základný dataset 1	Normalizovaný dataset 1
	Základný dataset 2	Normalizovaný dataset 2
		■
SKENOVANIE
Základný dataset N j            Normalizovaný dataset N
NORMALIZÁCIA MEDZI ARRAYmi
lájdenie nových podskupín pacientov
orovnavanie existujúcich skupín pacientov
Finálny datový soubor
Klinické parametre I     Výber odlišných molekúl
Testovací dátový súbor
Stavba prediktorov
Porovnávanie klinických parametrov medzi skupinami pacientov
Validácia prediktorov
Prínos m
pochopenie biologickej podstaty veci i štatistických postupov a metód
konzultácie lekárom a biológom k postupu pri designe experimentu
tvorba ci zlepšovanie algoritmov ajne
praktická analýza dát pre
•  klinické účely
•  účely experimentálne
Konkrétne
vývin metódy pre analýzu zašumených CGH arrayí
Eva Budinská (2008) Bio-mathematical modeling of tumor genome profiling data. Dissertation thesis. Masaryk University, Brno, 118 ) (in English)
Budinska,E., Gelnarova,E. & Schimek,M.G. (2008) MSMAD: A computationally efficient method for the analysis of noisy array CGH data. Under review
■  Picard,F., Lebarbier,E., Budinska,E., Radvanyi,F. and Robin,S. (2008) A statistical framework for the joint segmentation of multiple array CGH profiles. Under review.
vývin metodiky pre meta-analýzu dát z microarray experimentov
praktická analýza dát pre
•   klinické účely
•   účely experimentálne
onkrétne
vyviň metodiky pře meta-analýzu dat z microarray experimentov
praktická analýza Háť nr& •   klinické účely
účely experimentálne
Matiasovicova,J, Adams,P., Barrow,P.A., Hradecka,H., Malcova,Is-Karpiskova,R.,   Budinska,E., Pilousova,L. (2007) Identification of putative ancestors of the multidrug-resistant Salmonella enterica serovar typhimurium DT104 clone harboring the Salmonella genomic island 1. Archives of microbiology, 187, 415-424.
Šebková,A., Karasová,D., Crhánová,M., Budinská,E., Rychlík,I. (2008) aro mutations in Salmonella enterica cause defects in cell wall and outer membrane integrity. Journal of Bacteriology, American Society for Microbiology, May 2008, 190, 3155-3160.
Brožkova,K, Budinska,E., Bouchal,P., Hernychova,L, Knoflickova,D., Valik,D., Vyzula,R., Vojtesek,B., Nenutil,R.(2008) Surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight proteomic profiling of breast carcinomas identifies clinicopathologically relevant groups of patients similar to previously defined clusters from cDNA expression. Breast Cancer Research, 10:R48
Vranová,V., Nečesalová,E., Kuglík,P., Cejpek,P., Pěšákova,M., Budinská,E., Relichová,J., Veselská,R. (2007) Screening of genomic imbalances in glioblastoma multiforme using high-resolution comparative genomic hybridization. Oncology Reports, 17, 457-464.