Objective: Microarray data were analyzed to explore key genes and their functions in progression of colorectal cancer (CRC). Methods: Two microarray data sets were downloaded from Gene Expression Omnibus (GEO) database and differentially expressed genes (DEGs) were identified using corresponding packages of R. Functional enrichment analysis was performed with DAVID tools to uncover their biological functions. Results: 631 and 590 DEGs were obtained from the two data sets, respectively. A total of 32 common DEGs were then screened out with the rank product method. The significantly enriched GO terms included inflammatory response, response to wounding and response to drugs. Two interleukin-related domains were revealed in the domain analysis. KEGG pathway enrichment analysis showed that the PPAR signaling pathway and the renin-angiotensin system were enriched in the DEGs. Conclusions: Our study to systemically characterize gene expression changes in CRC with microarray technology revealed changes in a range of key genes, pathways and function modules. Their utility in diagnosis and treatment now require exploration.
The genome sequencing project has generated and will continue to generate enormous amounts of sequence data including 5 eukaryotic and about 60 prokaryotic genomes. Given this ever-increasing amounts of sequence information, new strategies are necessary to efficiently pursue the next phase of the genome project-the elucidation of gene expression patterns and gene product function on a whole genome scale. In order to assign functional information to the genome sequence, DNA chip(or gene microarray) technology was developed to efficiently identify the differential expression pattern of independent biological samples. DNA chip provides a new tool for genome expression analysis that may revolutionize many aspects of biotechnology including new drug discovery and disease diagnostics.
Microarray technology enables us to measure the expression of tens of thousands of genes simultaneously under various experimental conditions. Clustering analysis is one of the most successful methods for analyzing microarray data using the assumption that co-expressed genes may be co-regulated. It is important to extract meaningful clusters from a long unordered list of clusters and to evaluate the functional homogeneity and heterogeneity of clusters. Many quality measures for clustering results have been suggested in different conditions. In the present study, we consider biological pathways as a collection of biological knowledge and used them as a reference for measuring the quality of clustering results and functional homogeneities. PathTalk visualizes and evaluates functional relationships between gene clusters and biological pathways.
Identifying highly discriminating genes is a critical step in tumor recognition tasks based on microarray gene expression profile data and machine learning. Gene selection based on tree models has been the subject of several studies. However, these methods are based on a single-tree model, often not robust to ultra-highdimensional microarray datasets, resulting in the loss of useful information and unsatisfactory classification accuracy. Motivated by the limitations of single-tree-based gene selection, in this study, ensemble gene selection methods based on multiple-tree models were studied to improve the classification performance of tumor identification. Specifically, we selected the three most representative tree models: ID3, random forest, and gradient boosting decision tree. Each tree model selects top-n genes from the microarray dataset based on its intrinsic mechanism. Subsequently, three ensemble gene selection methods were investigated, namely multipletree model intersection, multiple-tree module union, and multiple-tree module cross-union, were investigated. Experimental results on five benchmark public microarray gene expression datasets proved that the multiple tree module union is significantly superior to gene selection based on a single tree model and other competitive gene selection methods in classification accuracy.
cDNA microarray-based comparative genomic hybridization(CGH) data includes low-intensity spots and thus a statistical strategy is needed to detect subtle differences between different cancer classes. In this study, genes displaying a high frequency of alteration in one of the different classes were selected among the pre-selected genes that show relatively large variations between genes compared to total variations. Utilizing copy-number changes of the selected genes, this study suggests a statistical approach to predict patients' classes with increased performance by pre-classifying patients with similar genetic alteration scores. Two-stage logistic regression model(TLRM) was suggested to pre-classify homogeneous patients and predict patients' classes for cancer prediction; a decision tree(DT) was combined with logistic regression on the set of informative genes. TLRM was constructed in cDNA microarray-based CGH data from the Cancer Metastasis Research Center(CMRC) at Yonsei University; it predicted the patients' clinical diagnoses with perfect matches (except for one patient among the high-risk and low-risk classified patients where the performance of predictions is critical due to the high sensitivity and specificity requirements for clinical treatments. Accuracy validated by leave-one-out cross-validation(LOOCV) was 83.3% while other classification methods of CART and DT performed as comparisons showed worse performances than TLRM.
Objective: We aimed to identify key genes, pathways and function modules in the development of diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) with microarray data and interaction network analysis. Methods: Microarray data sets for 7 DLBCL samples and 7 normal controls was downloaded from the Gene Expression Omnibus (GEO) database and differentially expressed genes (DEGs) were identified with Student's t-test. KEGG functional enrichment analysis was performed to uncover their biological functions. Three global networks were established for immune system, signaling molecules and interactions and cancer genes. The DEGs were compared with the networks to observe their distributions and determine important key genes, pathways and modules. Results: A total of 945 DEGs were obtained, 272 up-regulated and 673 down-regulated. KEGG analysis revealed that two groups of pathways were significantly enriched: immune function and signaling molecules and interactions. Following interaction network analysis further confirmed the association of DEGs in immune system, signaling molecules and interactions and cancer genes. Conclusions: Our study could systemically characterize gene expression changes in DLBCL with microarray technology. A range of key genes, pathways and function modules were revealed. Utility in diagnosis and treatment may be expected with further focused research.
Kim, Ki-Yeol;Ki, Dong-Hyuk;Chung, Hyun-Cheol;Rha, Sun-Young
Genomics & Informatics
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제6권3호
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pp.136-141
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2008
A large number of studies have been performed to identify biomarkers that will allow efficient detection and determination of the precise status of a patient’s disease. The use of microarrays to assess biomarker status is expected to improve prediction accuracies, because a whole-genome approach is used. Despite their potential, however, patient samples can differ with respect to biomarker status when analyzed on different platforms, making it more difficult to make accurate predictions, because bias may exist between any two different experimental conditions. Because of this difficulty in experimental standardization of microarray data, it is currently difficult to utilize microarray-based gene sets in the clinic. To address this problem, we propose a method that predicts disease status using gene expression data that are transformed by their ranks, a concept that is easily applied to two datasets that are obtained using different experimental platforms. NCI and colon cancer datasets, which were assessed using both Affymetrix and cDNA microarray platforms, were used for method validation. Our results demonstrate that the proposed method is able to achieve good predictive performance for datasets that are obtained under different experimental conditions.
마이크로어레이 유전자 발현 데이터인 yeast cdc15에 대해 시계열 데이터의 특성을 반영한 푸리에 계수를 이용한 검정통계량과 FDR 다중비교법을 이용하여 차별화된 유전자를 선별한 후 선별된 유전자들에 대해 모형기반 군집방법, K-평균법, PAM, SOM, 계층적 Ward 군집방법과 Fuzzy 군집방법을 실시하였다. 군집방법에 따른 특성을 알아보고 군집화 결과와 내부유효성 측도로 연결성 측도, Dunn 지수와 실루엣 값을 살펴본다. 또한 GO분석을 통한 생물학적 의미도 파악해본다.
In this paper we consider the well-known semiparametric proportional hazards models for survival analysis. These models are usually used with few covariates and many observations (subjects). But, for a typical setting of gene expression data from DNA microarray, we need to consider the case where the number of covariates p exceeds the number of samples n. For a given vector of response values which are times to event (death or censored times) and p gene expressions(covariates), we address the issue of how to reduce the dimension by selecting the significant genes. This approach enables us to estimate the survival curve when n ${\ll}$p. In our approach, rather than fixing the number of selected genes, we will assign a prior distribution to this number. The approach creates additional flexibility by allowing the imposition of constraints, such as bounding the dimension via a prior, which in effect works as a penalty To implement our methodology, we use a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method. We demonstrate the use of the methodology to diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) complementary DNA (cDNA) data and Breast Carcinomas data.
The classification of subjects with unknown distribution in a small sample size often involves order-restricted constraints in multivariate parameter setups. Those problems make the optimality of a conventional likelihood ratio based statistical inferences not feasible. Fortunately, Roy (1953) introduced union-intersection principle(UIP) which provides an alternative avenue. Multivariate linear rank statistics along with that principle, yield a considerably appropriate robust testing procedure. Furthermore, conditionally distribution-free test based upon exact permutation theory is used to generate p-values, even in a small sample. Applications of this method are illustrated in a real microarray data example (Lobenhofer et al., 2002).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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