ÚVOD DO KVANTITATIVNÍ REAL-TIME PCR 9. Minimum standard for the provision of information in quantitative PCR Kvantifikační strategie Statistické vyhodnocení Nulová hypotéza (není rozdíl), kterou se test buď potvrdí nebo vyvrátí Základní statistické parametry – průměr SD nebo medián x-percentil Parametrické testy - Normální rozložení - Stejný rozptyl - Dva vzorky t-test (one/two tailed) - Různé nezávislé proměnné - ANOVA (i tehdy, není-li rozložení úplně Gaussovské) Genová exprese (expresní poměry) mívá obvykle normální rozložení, pokud je vyjádřena v log scale. Neparametrické testy - Neznáme parametry rozložení - Testování rozdílů mezi nezávislými skupinami (Independent samples) dva vzorky, u kterých porovnáváme průměry některé z proměnných - Mann-Whitey U test; Kolmogorov-Smirnov test více skupin - Kruskal-Wallis test; Mediánový test -Testování rozdílů mezi závislými skupinami - Porovnávání proměnných, zjišťovaných na jednom vzorku - Wilcoxonův test (parametrická alternativa – t-test/ANOVA) - Hodnoty typu „mRNA přítomná/nepřítomná“ (dichotomické hodnoty) – McNemarův 2 test -Testování vztahů mezi proměnnými - Regrese a korelace (Spearmanův/Pearsonův korelační koeficient) - Standardní křivky Kvantifikační strategie Statistické vyhodnocení Kdy použít který test Parametrické vs. neparametrické testy RT-PCR Obvykle malý počet hodnot, s velkým rozptylem, většinou nesledujících normální rozložení -> neparametrické testy V případě většího počtu hodnot (>100), lze použít parametrické testy Neparametrické testy jsou méně náchylné k -chybám (nesprávné zamítnutí nulové hypotézy), ale jsou méně citlivé než parametrické (např. srovnání p u para < p u neparametrických testů), jako signifikantní označí větší rozdíl než parametrické testy. Kvantifikační strategie Statistické vyhodnocení Statistické vyhodnocení Kvantifikační strategie Analýza více genů/vzorků (clustering) Dvourozměrný graf Třírozměrný graf 0 50 100 150 200 250 300 0 20 40 60 80 100 Statistické vyhodnocení Kvantifikační strategie Analýza více genů/vzorků (hledání trendů, clustering) N různých genů – n různých proměnných – n rozměrný graf ? Př. 10000 genů… (microarray) Principal component analysis (PCA) Redukce počtu rozměrů (dimenzionality) na základě výpočtu kovariance mezi jednotlivými vzorky. Původní osy jdou nahrazeny tzv. komponentami Statistické vyhodnocení – shluková (clusterová) analýza Kvantifikační strategie Dendrogramy Statistické vyhodnocení – shluková (clusterová) analýza Kvantifikační strategie Self organizing maps (ANN, Kohonen) www.multid.se Kontrola dat (outliers) Úprava efektivity PCR Kompenzace variability mezi jednotlivými PCR (inter-plate calibration) Normalizace na stejné množství vzorku (RNA/DNA) Průměrování technických replikátů Výpočet množství/poměrů Vlastní statistická analýza Kritická místa statistického vyhodnocení Variabilita a její příčiny Biologická variabilita – experimenty odrážejí různorodost reality – nebudou nikdy identické Technická variabilita – chyby v měření, znemožňující adekvátní popis reality Experimentální design – chybná hypotéza vedoucí k výsledků platným pouze v rámci experimentu – biologické nebo klinické významnosti – data overestimation Bustin SA. 2010. Methods 50(4):217-226. Biologická variabilita Biologická variabilita • kombinace genotypových a fenotypových variací mezi jedinci • tkáně a buňky – dynamické systémy se schopností komplexní adaptace a reakce na různé podmínky Genetická variabilita polymorfismy, copy-number variace, alternativní splicing, posttranskripční a posttranslační regulace, epigenetické modifikace Fenotypová variabilita environmentální interakce, intra- a extraindividuální faktory (věk, životní/reprodukční cyklus, pohlaví, čas, nutriční stav…) Stochastická variabilita na úrovni kinetického šumu biochemických reakcí uvnitř jediné buňky = dynamické chování jediné buňky není přesně reprodukovatelné Biologická variabilita Expresní profily jednotlivých buněk se liší, i v rámci homogenní kultury Interakce mezi regulačními molekulami a DNA Lokalizace mRNA a proteinů v rámci buňky Epigenetické modifikace I geneticky identické buňky ve stejném prostředí mohou mít různý fenotyp Biologické informační dráhy jsou robustní, redundantní, závislé na buněčném, tkáňovém i environmentálním kontextu Biologická variabilita Biologicky relevantní interpretace pozorovaného jevu a jeho odlišení od přirozené variability a heterogenity v daném systému vyžaduje správný experimentální design, analytické metody a vhodný statistický model Slepě nepřejímat cizí protokoly, přemýšlet Technická variabilita jednoduchá, snadná, rychlá, citlivá metoda → Popularita ve vědecké komunitě adaptace, úpravy, specifikace protokolů… → Publikace dat s různou kvalitou problematická data zpochybňují i oprávněné interpretace → Nutnost standardů Technická variabilita a standardy MIQE PCR & qPCR Bustin SA. 2010. Methods 50(4):217-226. Technická variabilita Bustin SA. 2010. Methods 50(4):217-226. Cíle standardizace Bustin SA. 2010. Methods 50(4):217-226. Technická variabilita Experimentální design Derveaux S. et al. 2010. Methods 50(4):227-230. 1. Plán 2. Izolace RNA 3. RT 4. qPCR Typický experiment Minimalizace propagace technických chyb (errors of measurement) v experimentu Gene vs. sample maximization Technické chyby jsou nezávislé v každém experimentálním kroku a aditivní Subjekty Vzorky RT PCR Schéma: např. 2 x 3 x 3 x 3 2 3 3 3 myši 3 odběry vzorků a izolace RNA 3 RT ze každého vzorku 3 PCR replikáty z každé RT 2 6 18 54 Plánování experimentu – příklad: exprese jednoho genu ve dvou myších: Kitchen RR et al. 2010. Methods 50(4):231-236. Kitchen RR et al. 2010. Methods 50(4):231-236. Každý krok vnáší do analýzy variabilitu, kterou lze charakterizovat Určení faktorů , které omezují variabilitu systému umožňuje kalkulovat náklady Kitchen RR et al. 2010. Methods 50(4):231-236. powerNest www.powernest.net Conclusion Jak navrhnout správný experiment? – Definovat jej před vlastním začátkem experimentu – Brát v úvahu hypotézu – Být maximálně jednoduchý (co nejméně komplexní) – Maximálně kontrolovatelný – Technicky a ekonomicky proveditelný, statisticky vyhodnotitelný Nežádoucí Technická: zpracování vzorku (sampling, izolace, RT-PCR) Řešení: replikáty, normalizace k internímu standardu Biologická: rozdíly mezi vzorky (bazální exprese, odpověď na treatment) Řešení: opakovaná měření, normalizace ke kontrolní skupině Hledaná Rozdíly mezi testovanými skupinami Náhodný sampling, velký soubor Variabilita dat