Análisis de expresión genética diferencial (DGE) en secuenciación de ARN

Los DEG, o genes expresados ​​diferencialmente, son genes cuyos niveles de expresión muestran diferencias significativas entre dos o más condiciones o grupos experimentales. En la investigación genética y genómica, la expresión genética se refiere al proceso mediante el cual la información codificada en la secuencia de ADN de un gen se convierte en proteínas funcionales o moléculas de ARN.

Al estudiar la expresión genética, los investigadores suelen comparar perfiles de expresión genética entre diferentes muestras biológicas o condiciones experimentales, como tejidos sanos y enfermos, células tratadas y no tratadas, o diferentes etapas de desarrollo. Al analizar los niveles de expresión de miles de genes simultáneamente, los investigadores pueden identificar genes que están regulados hacia arriba (mayor expresión) o hacia abajo (menor expresión) en una condición en comparación con otra.

El análisis de expresión genética diferencial es una herramienta fundamental para identificar genes cuyos niveles de expresión difieren significativamente entre condiciones experimentales o muestras biológicas. Este análisis nos permite identificar genes que desempeñan funciones fundamentales en la variación fenotípica, el desarrollo de enfermedades o la respuesta a los tratamientos. Con RNA-seq, podemos capturar y cuantificar la abundancia de transcripciones, revelando el panorama dinámico de la expresión genética dentro de una célula o tejido.

Preprocesamiento de datos : Los datos sin procesar de RNA-seq contienen una gran cantidad de información, pero requieren pasos de preprocesamiento para garantizar resultados precisos y confiables. Esto incluye recortar secuencias de adaptadores, filtrar lecturas de baja calidad y alinear las lecturas con un genoma o transcriptoma de referencia.

Leer alineación y mapeo : El siguiente paso consiste en mapear las lecturas procesadas en un genoma o transcriptoma de referencia. Este proceso de alineación permite determinar el origen de cada lectura, permitiéndonos asociarla con genes o regiones genómicas específicas.

Cuantificación de la expresión genética : Una vez mapeadas las lecturas, cuantificamos el nivel de expresión de cada gen. Esto se puede lograr contando el número de lecturas que se alinean con cada gen o estimando la abundancia de transcripciones utilizando algoritmos sofisticados.

Análisis estadístico : Se emplean métodos estadísticos para identificar genes que exhiben cambios significativos en la expresión entre condiciones experimentales. Para evaluar la expresión genética diferencial se utilizan habitualmente varias pruebas estadísticas, como la binomial negativa, edgeR o DESeq2.

Análisis funcional : Tras identificar los genes expresados ​​diferencialmente (DEG), profundizamos en su significado funcional. Al someter los DEG a un análisis de enriquecimiento de ontología genética, análisis de vías o anotaciones funcionales, obtenemos información sobre los procesos biológicos, las funciones moleculares y las vías asociadas con los cambios observados en la expresión genética.

Descubrimiento de biomarcadores de enfermedades : La identificación de DEG entre tejidos sanos y enfermos revela posibles biomarcadores de diagnóstico o pronóstico. Estos biomarcadores ayudan en la clasificación de enfermedades, la estratificación de pacientes y el desarrollo de terapias dirigidas, allanando el camino para la medicina de precisión.

Descubrimiento y desarrollo de fármacos : El análisis DGE facilita la identificación de genes que responden a tratamientos farmacológicos específicos. Al desentrañar los mecanismos moleculares que sustentan la respuesta a los fármacos, podemos optimizar las estrategias de tratamiento, acelerar el descubrimiento de fármacos y desarrollar terapias personalizadas adaptadas a pacientes individuales.

Biología del desarrollo : El análisis DGE proporciona información crítica sobre los programas genéticos que gobiernan las distintas etapas del desarrollo. Al comparar patrones de expresión genética durante la embriogénesis o la diferenciación de tejidos, desentrañamos los eventos moleculares que dan forma a los organismos, avanzando en nuestra comprensión de la biología del desarrollo.

Respuesta al estrés ambiental : El análisis DGE aclara cómo responden los genes a estímulos ambientales, como el estrés por calor, la exposición a sustancias químicas o la infección por patógenos. Desentrañar las vías moleculares subyacentes mejora nuestra comprensión de las respuestas al estrés y permite el desarrollo de estrategias para mitigar su impacto.