Нормализация ДНК-микрочипов

Материал из MachineLearning.

Перейти к: навигация, поиск

Нормализация - важный этап предобработки ДНК-микрочипов, позволяющий сделать несколько рассматриваемых в эксперименте чипов пригодными к сравнению между собой. Основная цель анализа на этом этапе - исключить влияние систематических небиологических различий между микрочипами. Источников таких различий множество: вариации эффективности обратной транскрипции, маркировки красителями, гибридизации, физические различия между чипами (повреждения, царапины), небольшие различия в концентрации реагентов, вариация лабораторных условий.

Содержание

Парадигмы нормализации

Нормализация на все гены, нормализация на гены домашнего хозяйства, нормализация на стабильные гены[1]

Методы нормализации

Масштабирование

Один из ДНК-микрочипов выбирается в качестве базового, затем все остальные масштабируются таким образом, чтобы их средняя интенсивность равнялась средней интенсивности базового (этот способ эквивалентен построению линейной регрессии каждого чипа на базовый и последующей нормализации при помощи регрессионной функции).

Для большей устойчивости можно использовать усечённое среднее. Так, в стандартном программном обеспечении производителя микрочипов Affymetrix перед подсчётом среднего отбрасываются по 2 % наибольших и наименьших значений интенсивности. Другая модификация — масштабирование к средней интенсивности не по всему базовому чипу, а по каждому подмножеству его проб, соответствующих одному гену.

Affymetrix предлагает использовать этот вид нормализации на последнем этапе предобработки, применяя масштабирование непосредственно к матрицам экспрессии, однако, возможно и его применение к матрицам интенсивности.

Схема выполнения масштабирования
  1. Выбрать столбец j матрицы X в качестве базового.
  2. Вычислить (усечённое) среднее \tilde{X}_j по столбцу j
  3. Для всех остальных столбцов матрицы X: вычислить (усечённое) среднее \tilde{X}_i по столбцу i; вычислить \beta_i=\tilde{X}_j/\tilde{X}_i; каждый элемент столбца i умножить на \beta_i.

Нелинейные методы

Предложено большое количество нелинейных способов нормализации данных, использующих различные настраиваемые функции, заменяющие линейную регрессию из предыдущего примера. Среди таких функций cross-validated splines[1], running median lines[1], loess smoothers[1], и т.д. В типичном случае нелинейная нормализация проводится по множеству рангово-инвариантных проб, то есть, проб, имеющих один и тот же ранг во всех микрочипах.

Схема выполнения нелинейной нормализации
  1. Выбрать столбец j матрицы X в качестве базового.
  2. Для всех столбцов i\neq\j матрицы настроить параметры нелинейной функции f, отображающей столбец i на столбец j. Пусть \hat{f}_i - полученное отображение.
  3. Нормализованные значения в столбце j определяются как \hat{f}_i\left(X_j\right)

Квантильная нормализация

Циклическая нормализация при помощи локальной регрессии

Алгоритм LOWESS

Примечания

Личные инструменты