Материал: Методы и технологии генерации системного знания

Примененный подход к выявлению активных генов и построению профилей их экспрессии позволяет установить четко выраженные реакции генов на химическое воздействие без учета второго параметра эксперимента.

Профили экспрессии генов по концентрации формальдегида с уче-

том времени. Помимо параметра концентрации химиката в эксперименте задан параметр, характеризующий время воздействия через точки съема. Эти два параметра – независимые параметры эксперимента. Они становятся взаимосвязанными факторами во внутрисистемных механизмах, совместно влияющими на активность генов. Действия этих факторов могут быть разнонаправленными, а закономерности их влияния – сложными.

Для выявления совместного эффекта двух параметров эксперимента необходимо в точках съема данных установить значимые различия изменения активности генов по отношению к контрольной группе для каждой концентрации химиката. При этом следует допускать изменение активности генов в любой области шкалы преобладания уровней и при решении задачи о профилях экспрессии генов использовать весь диапазон шкалы (не только области высоких и низких уровней значений). В результате в решение будут вовлечены все биообъекты и все уровни значений показателей их состояния.

Различия с контрольной группой в каждой точке съема находит критерий Манна–Уитни [34], применение которого в технологии оформления закономерностей связано с использованием системного знания об уровнях значений показателей. При наличии статистически значимого различия для конкретного гена в какой-либо отдельно взятой точке съема все биообъекты в контрольной и в экспонированной группах должны показать, каждый в рамках своей группы, одинаковую активность этого гена. Данный факт проверяется применением шкалы агрегированных уровней. Ген считается активным, если разница между агрегированными уровнями активности гена для контрольной и для экспонированной групп существенна (не менее половины размаха шкалы агрегированных уровней).

Применение этого подхода позволило установить следующие факты. Гены каждой GO-категории проявляют свою активность в различных точках съема закономерным образом, причем эффект параметра концентрации по отношению к временно́му параметру незначителен (рис. 6.2).

Дифференциальная экспрессия генов наиболее выражена в первой и последней точках съема. При самой низкой концентрации (0.7 ррm) дифференциальная экспрессия проявляется у большого числа генов.

90

Процедура перехода к агрегированным уровням значений для каждого гена успешно завершается, если все биообъекты в точке эксперимента лежат в одной зоне шкалы преобладания уровней, т. е. обладают одинаковой активностью. На упрощенной 3-балльной шкале уровней этот факт отображается пунктами низких (L), срединных (M) или высоких (H) уровней. При неодинаковой активности гена у биообъектов в точке эксперимента результат агрегирования неопределен (0).

Рис. 6.2. Количество генов, для которых в точках съема по критерию Манна–Уитни установлено различие экспонированных групп (0.7 ррm, 2 ррm, 6 ррm) с контрольной группой:

ось абсцисс – коды точек съема; ось ординат – число генов

Процедура агрегирования уровней значений выполняется для контрольной и экспонированных групп биообъектов в каждой точке съема данных

(рис. 6.3 и 6.4).

Рис. 6.3. Распределение числа генов с определенными агрегированными уровнями значений активности по точкам съема для контрольной группы и для группы с воздействием химического вещества низкой концентрации (GO:0004386)

В первый момент времени (Т1) большое число генов в контрольной группе имеют неопределенный уровень на шкале агрегированных уровней значений. Параметр времени для этой группы вносит регулярность в изменение активности генов.

При низкой концентрации химиката (0.07 ррm) в первой точке съема почти каждый ген показал свой характерный уровень активности, одинако-

91

вый для всех биообъектов. В этой точке эксперимента наибольшее число имеет срединный уровень активности.

При концентрации 2 ррm в точке Т1 неопределенность агрегированных уровней ниже, чем у контрольной группы, но выше, чем в группе с концентрацией 0.07 ррm.

Для концентрации 6 ррm наиболее характерным уровнем является низкий уровень активности. Форма распределений числа генов по агрегированным уровням, временны́м точкам и концентрациям различна.

Рис. 6.4. Распределение числа генов с определенными агрегированными уровнями значений активности по точкам съема для высоких концентраций химиката (GO:0004386)

Для получения набора активных генов с учетом двух параметров эксперимента (концентрация химиката, точка съема) выявлены гены: статистически различимые с контрольной группой; имеющие существенные различия между агрегированными уровнями для контрольной группы и хотя бы для одной экспонированной.

Результаты метода определения активности генов при учете двух факторов эксперимента (второй подход) в сравнении с результатами, полученными на базе метода, учитывающего только эффект концентрации химиката (первый подход), приведены в табл. 6.12.

92

Гены GO-категории распределены по шести классам. Класс 1 включает гены, активность которых установлена и первым, и вторым методами. При этом оба метода показали одинаковые точки 1-го перехода у каждого гена. В класс 2 попали гены, активность которых также выявлена обоими методами, но для каждого гена имеются различия в значениях точки 1-го перехода. Класс 3 охватывает гены, активность которых установлена только по второму методу. Класс 4 содержит гены, активные по первому методу, но слабоактивные – по второму. В класс 5 вошли гены, для которых по второму методу выявлено различие с контрольной группой, но их активность слабо выражена (не существенна разница между агрегированными уровнями активности для контрольной и для экспонированной групп). Класс 6 объединяет гены, активность которых обоими методами не выявлена.

Профили экспрессии развернуты по точкам временно́й серии для разных концентраций химиката (рис. 6.5). Почти все гены GO-категории в той или иной мере проявляют активность при воздействии химиката с учетом временно́го фактора. Степень этой активности измерима. Совместный эффект двух параметров эксперимента иллюстрируют профили экспрессии, полученные для разных классов генов.

Ген 1375901_at входит в класс 1. Профили экспрессии этого гена по точкам съема аналогичны практически для всех концентраций вещества. Явный эффект изменения активности гена проявляется при 6 ррm.

Ген 1376116_at отнесен к классу 2. Первый подход нашел точку 1-го перехода, равную 0.7 ррm. По второму подходу эта точка равна 6 ррm. В точке

93

0.7 ррm второй подход выявил несущественное различие экспонированной группы по сравнению с контрольной.

Ген 1374506_at входит в класс 3. Профили экспрессии гена по временно́й серии для концентраций химиката находятся в противофазе к профилю экспрессии гена контрольной группы. Активность установлена по второму подходу, позволяющему выявлять различие в точках съема.

Рис. 6.5. Профили экспрессии генов для шести классов генов

Активность гена 1388587_at из класса 4 определяется по второму подходу как слабовыраженная. Во всех точках съема не выявлены существенные различия с контрольной группой даже для той концентрации (6 ррm), которая по первому подходу определена точкой 1-го перехода.

Ген 1370400_at принадлежит классу 5. Второй подход выявил различия в изменении активности гена по сравнению с контрольной группой для всех концентраций вещества. Эти различия оценены как несущественные.

94