药物基因组学（徐建凯）CMAP.docVIP

实验课1 CMAP（Connectivity MAP，连通图） CMAP的描述： CMAP数据库应用全基因组转录谱系统全面地描述疾病、生理、药物诱导等生物学状态，以GSEA算法提取并比较这些生物学状态的基因表达标识，将相同（似）或相反功能药物、药物适用疾病、药物作用途径（基因、通路）联系起来。 注：标识（Signature）是指一个排秩的基因列表。(The list of genes up- and down- regulated in a biological distinction of interest derived from a transcriptional profiling experiment.) CMAP的基本假设： 药物刺激前后全基因组范围的基因表达改变能够从本质上反应生物系统对药物的应答——药物反应状态，也就是说可以代表药物的药理活性特征。 CMAP的主要功能： 1，推断未知功能药物的作用。 2，推断疾病的治疗药物。 一：证明CMap 对 表达影响不直接的药物也有作用(寻找相似功能的药物)、 给出的五个药物：氯丙嗪、甲硫哒嗪、氟非那嗪、甲哌氟丙嗪、氯吡嗪 1，确定药物特性：上述五个药均为抗精神病药物，不直接影响表达 2，从基因表达谱数据中寻找氯丙嗪(也可为其他四个)的Signature。基因表达谱数据来源:①从CMAP下载原始cel文件，进行标准化②从CMAP下载经过预处理的数据。寻找Signature的方法：使用方差从表达数据中寻找差异表达基因，设定阈值选取上调基因和下调基因。 3，使用得到的Signature在CMAP里进行查询。 4，比较氯丙嗪刺激同种细胞系的基因组表达标识，可发现与氯丙嗪功能相似的药物。 5，对结果进行评估。若其他四种药能够得到较高的分数，则可以证明CMap 对 表达影响不直接的药物也有作用。 注:在基因表达谱中Signature为基因列表，包括上调基因和下调基因。格式要求为“.grp“ 二：给出某个药物（组蛋白去乙酰抑制剂HDACi），找出与该药物功能相似的药物、 1，构建出HDACi的Signature。 方法一：(1)，首先需要知道HDACi的Signature包含哪些基因：可以通过查询文献、查询数据库等方法得到。（如果得到的是探针号，参见附1） (2)，查找文献看有哪些基因在用药情况下上下调。 方法二：直接查看instance，设定差异表达量的阈值寻找Signature。 2，利用CMAP查询得到与HDACi功能相似的药物。 （附录，随意吧~） 附1 利用CMAP来设计实验时涉及的事项： 1，Signature：①包含哪些基因②哪些基因是上调基因，哪些是下调基因。 （Signature包括上调和下调基因，得到某药物的Signature，就相当于知道了它的功能） 2，寻找Signature的方法: 文献查找、利用数据库（例如MSigDB）、直接从基因表达谱上用统计学方法提取Signature（如从instance里直接提取Signature） 3，对查询结果的评估和证实： 统计学检验、实验证实、文献证实。 4，探针号转基因名（Signature要求必须是基因名）：①David②Affymetrix的NetAffx③Clone/Gene ID Convert 附2 使用CMAP的流程： 1，利用基因芯片测得某药物A（该药物未知功能）刺激前后的基因表达谱 2，通过比较两次基因表达谱能够找到差异表达基因 （若是只使用查询功能，则没有1，2步） 3，将这些差异表达基因按按表达量改变大小排秩，分为上调基因和下调基因（自己设定阈值，区分是上调基因还是下调基因） 4，将上调基因和下调基因录入到CMAP里，CMAP利用GSEA算法可以评价此标识与库中药物标识的相似性 5，CMAP输出与药物A功能相关联的药物，作用越相似的排序越靠前，作用越相反的排序越靠后，这样通过其一致药物（排序靠前的药物）的功能，便能推得未知化合物的功能。（注:CMAP有两个结果，一个是detailed results，一个是permuted results） 注：比较各种药物刺激同种细胞系的基因组表达标识，便可发现功能相似（相反）的药物。 附3 .grp文件（Signature的格式）实例： #my_pathway_name HAS2 LRRC14 TSTA3 DGAT1 RECQL4 附4：其他 1，CMAP实验课上最主要是知道两个方面：①可以用来干什么：有Signature就可知道药物的功能，反推则得到疾病作用位点（假如药A和药B都作用于基因LRRC14，药A和药B都能治疗心脏病，则LRRC14是心脏病的作用位点）②如何得到Signature 2，在配体结构相似策略中的SEA算法和SE