Coeficientes de determinação, predição intrinsicamente multivariada e genética - Higa, Carlos Henrique Aguena (2006)
Esta dissertação de mestrado tem como finalidade descrever o trabalho realizado em uma pesquisa que envolve a análise de expressões gênicas provenientes de microarrays com o objetivo de encontrar genes importantes em um organismo ou em uma determinada doença, como o câncer. Acreditamos que a descoberta desses genes, que chamamos aqui de genes de predição intrinsicamente multivariada (genes IMP), possa levar a descobertas de importantes processos biológicos ainda não conhecidos na literatura. A busca por genes IMP foi realizada em conjunto com estudos de modelos e conceitos matemáticos e estatísticos como redes Booleanas, cadeias de Markov, Coeficiente de Determinação (CoD), Classificação em análise de expressões gênicas e métodos de estimação de erro. No modelo de redes Booleanas, introduzido na Biologia por Kauffman, as expressões gênicas são quantizadas em apenas dois níveis: \"ligado\'\' ou \"desligado\'\'. O nível de expressão (estado) de cada gene, está relacionado com o estado de alguns outros genes através de uma função lógica. Adicionando uma perturbação aleatória a este modelo, temos um modelo mais geral conhecido como redes Booleanas com perturbação. O sistema dinâmico representado pela rede é uma cadeia de Markov ergódica e existe então uma distribuição de probabilidade estacionária. Temos a hipótese de que os experimentos de microarray seguem esta distribuição estacionária. O CoD é uma medida normalizada de quanto a expressão de um gene alvo pode ser melhor predita observando-se a expressão de um conjunto de genes preditores. Uma determinada configuração de CoDs caracteriza um gene alvo como sendo um gene IMP. Podemos trabalhar não somente com genes alvo, mas também com fenótipos alvo, onde o fenótipo de um sistema biológico poderia ser representado por uma variável aleatória binária. Por exemplo, podemos estar interessados em saber quais genes estão relacionados ao fenótipo de vida/morte de uma célula. Como a distribuição de probabilidade das amostras de microarray é desconhecida, o estudo dos CoDs é feito através de estimativas. Entre os métodos de estimação de erro estudados para este propósito podemos citar: Holdout, Resubstituição, Cross-validation, Bootstrap e .632 Bootstrap. Os métodos foram implementados para calcular os CoDs, permitindo então a busca por genes IMP. Os programas implementados na pesquisa foram usados em conjunto com uma pesquisa realizada pelo Prof. Dr. Hugo A. Armelin do Instituto de Química da USP. Este estudo em particular envolve a busca de genes importantes relacionados à morte de células tumorigênicas de camundongo disparada por FGF2 (Fibroblast Growth Factor 2). Nesta pesquisa observamos sub-redes de genes envolvidos no processo biológico em questão e também encontramos genes que podem estar relacionados ao fenômeno de morte das células de camundongo ou que estão, de fato, participando de alguma via disparada pelo FGF2. Esta abordagem de análise de expressões gênicas, juntamente com a pesquisa realizada pelo Prof. Armelin, resulta em uma metodologia para buscas de genes envolvidos em novos mecanismos de células tumorigênicas, ativados pelo FGF2. Na realidade esta metodologia pode ser aplicada em qualquer processo biológico de interesse científico, desde que seja possível modelar o problema proposto no contexto de redes Booleanas, coeficientes de determinação e genes IMP.