0实验,10天见刊?中国医科大学团队1区:“机器学习+GEO数据库”入门级分析,也能轻松拿捏6分SCI!复现赶紧速速走起!

学术   2024-10-13 19:00   上海  

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这篇文章聚焦于扩张型心肌病(DCM)相关基因以及内分泌干扰化学物质(EDCs)的研究。作者利用机器学习生物信息学方法,通过挖掘基因表达综合数据库(GEO)的数据,构建了预测模型和相关网络,为进一步理解 DCM 的发病机制以及 EDCs 的影响提供了新的视角和依据。
图片源于网络
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题目:通过生物信息学和机器学习鉴定靶向DCM相关关键基因的内分泌干扰物
杂志:Ecotoxicol Environ Saf
影响因子:IF=6.2
发表时间:2024年4

公众号后台回复“111领取文献资料,文件编号:241013

研究背景
扩张型心肌病(DCM)是导致心力衰竭的主因之一,其发病机制涉及遗传和环境因素。内分泌干扰化学物质(EDCs)可影响多种器官,但对其通过基因影响心脏病的研究不足。利用机器学习和生物信息学方法识别与 DCM 相关的关键基因,并构建预测模型。基于关键基因构建 DCM 相关的 EDCs - 关键基因网络,识别与 DCM 相关的 EDCs,探讨环境内分泌干扰物与 DCM 之间的关联。
数据来源
从 GEO 数据库下载 GSE141910 数据集,包含 161 例 DCM 患者的衰竭样本和 161 例健康供体的非衰竭样本,通过高通量测序进行 RNA - seq 表达谱分析。
研究思路    
关键科学问题
① 如何识别与扩张型心肌病(DCM)相关的关键基因?
② 环境内分泌干扰化学物质(EDCs)如何通过这些关键基因影响 DCM 的发生和发展?
研究结果
跟着关键科学问题,咱们一步步追下去~
① 识别 DCM 相关关键基因
1.DEGs 筛选
通过 GEO2R 和筛选标准,共识别出 2174 个 DEGs,其中 1255 个上调,919 个下调。 
图1 扩张型心肌病(DCM)中的差异表达基因(DEG)
2.GO 和 KEGG 富集分析
GO 富集分析中,前 50 包括 23 个生物过程、18 个细胞成分和 9 个分子功能。KEGG 富集分析显示,DEGs 在癌症、PI3K - Akt 信号通路、细胞因子 - 细胞因子受体相互作用等通路中起关键作用。    
图2 GO和KEGG富集分析
3.关键基因和预测 DCM 的 ML 模型
通过 mRMR 筛选出的前 100 个基因中,在患者组中有 56 个基因上调,44 个基因下调。最终,LASSO 选择了 6 个重要基因(IL1RL1、SEZ6L、SFRP4、COL22A1、RNASE2、HBB)构建预测 DCM 的模型,模型在训练集和验证集上的 AUC 值分别为 0.998 和 0.980,准确率、召回率等指标良好。基于预测模型构建了列线图,6 个基因在患者组和正常组之间表达差异显著。    
图3 通过综合策略鉴定DCM关键相关基因
② 探究 EDCs 通过关键基因对 DCM 的影响
4.化学 - 基因相互作用分析
EDCs 影响了 6 个关键基因,通过构建网络发现,根据 CTD,有 79 种内分泌干扰物与关键基因相关,其中 75 种已与 DCM 相关,4 种(3,4 - 二氯苯胺、杀螟松、芘和异丙隆)尚未与 DCM 相关。    
图4 聚类热图和六个基因特征的表达
5.构建网络    
下载 EDCs 数据,筛选出与关键基因相关的 EDCs,构建 EDCs - 基因 - DCM 网络,分析 EDCs 对 DCM 的潜在影响。
文章小结
① 该研究利用 mRMR 和 LASSO 逻辑回归筛选并验证了 6 个关键基因,这些基因在 DCM 中具有重要作用。
② 通过分析基因 - 化合物相互作用,发现 79 种内分泌干扰物与这些基因相关,其中 4 种为新发现与 DCM 相关的 EDCs。
③ 研究表明机器学习方法在预测 DCM 方面具有可行性,同时强调了 EDCs 可能影响 DCM 的发生和发展。
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