223-这么好的xena官方教程，不看可惜了

Jan 4, 2021 6 min read cnposts

刘小泽写于2021.1.4 想必大家都听过或者用过xena这个网站，我主要是利用它下载数据，链接在：https://xenabrowser.net/datapages/ 其实它的网页工具做的也是非常的人性化，功能很多，而且不用自己下载数据，方便了不少同学。另外UCSC Xena 的国内镜像： https://xena.hiplot.com.cn/

首先看看它的大体功能

xena收集了来自各个癌症中心的数据，包括The Cancer Genome Atlas (TCGA), International Cancer Genome Consortium (ICGC), Genomic Data Commons (GDC), and UCSC RNA-seq compendium（http://xena.ucsc.edu/public）

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也正是因为这么大量数据的加持，xena可以完成 SNVs, INDELs, large structural variants, copy number variation, gene-, transcript-, exon-, miRNA-, LncRNA-, protein-expressions, DNA methylation, ATAC-seq signals, phenotypic annotations等等分析

分析的界面长下面这样：

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右下角也标注了：

  • 如果分析涉及了tumor与normal的比较，那么可以用TCGA TARGET GTEx
  • 如果要查看非编码突变，可以用ICGC的数据

另外，有一个有趣的功能就是：可以把自己分析完的数据保存为网页链接，分享给别人，打开可以跳转到你分析的结果

除此以外，还有大量的详细教程

丰富的视频、PPT、文本资源尽在此：

https://ucsc-xena.gitbook.io/project/tutorials

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下面跟着其中一个PPT教程走一遍

https://ucsc-xena.gitbook.io/project/tutorials#advanced-slide-tutorial

1 可以用Xena帮助解决什么问题

  • 某个基因的高表达与预后的关系？
  • 自己定义的两个分组之间的生存存在差异吗？
  • 某个基因在三种癌症类型的tumor与normal样本是不是存在差异表达？
  • 某个基因的突变、拷贝数变异、基因表达量之间存在怎样的关系？

2 Xena中存储的公共数据

TCGA
  • 40种癌症类型，11000样本
  • 主要是primary tumor，还有少量的normal和metastatic
  • 数据类型主要有：somatic mutation、gene expression、copy number
  • 生存及其他基础表型、临床数据（如年龄、亚型）
TARGET

https://ocg.cancer.gov/programs/target

全称是：The Therapeutically Applicable Research to Generate Effective Treatments (TARGET)

主要围绕儿童开展，包括以下项目，和TCGA类似都有转录组、WGS、WES、甲基化等：

  • Acute Lymphoblastic Leukemia
  • Acute Myeloid Leukemia
  • Kidney Tumors
  • Neuroblastoma 神经母细胞瘤
  • Osteosarcoma 骨肉瘤
  • Pan-cancer Model Systems
TCGA TARGET GTEx

GTEx全称Genotype-Tissue Expression，存储了正常组织的表达量数据

ICGC

https://dcc.icgc.org/

ICGC 全称International Cancer Genome Consortium（国际癌症基因组联盟），有亚洲、澳大利亚、欧洲、北美和南美的数据

PCAWG

https://dcc.icgc.org/pcawg

全称是：Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes（泛癌全基因组分析），是TCGA工作人员利用TCGA数据当中的WGS数据进行的分析，有2700多个样本供体

CCLE

https://portals.broadinstitute.org/ccle

Cancer Cell Line Encyclopedia（癌症细胞系百科全书），有各个人种肿瘤细胞系的WES数据，WGS数据，RNAseq数据，扩增子数据。可以找基因表达变化、突变、indels、拷贝数变异、甲基化、药物反应等等。目前已有1,457个 细胞系，涉及84,434个基因

MET500

https://met500.path.med.umich.edu/

主要是研究转移癌

未来还会加入蛋白组学的数据 ，来自：Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium (CPTAC)

3 常见的癌症可视化类型

体细胞突变 somatic mutation

DNA测序得到，主要包括：snv、indel这样的小型突变，对蛋白质的影响主要表现在：

  • 沉默突变 Silent：不改变蛋白质
  • 错义突变 Missense：一个氨基酸被另一个氨基酸取代
  • 剪切位点突变 Splice-site：干扰剪切过程
  • 有害突变 Deleterious：无义突变（nonsense）、移码突变（frameshift）

**无义突变：**单个碱基的替换引起出现了终止密码子，从而提前终止了多肽链的合成 **移码突变：**在一条DNA链上缺失或者插入1个、2个或者其他非3个及其整数倍的碱基，就会引起作用部位之后的密码子的组成及顺序发生变化，从而导致终止码提前或者延后

拷贝数变异 CNV

DNA测序得到，也是体细胞突变。主要分为扩增（amplification）和缺失（deletion）

基因表达数据

RNA测序得到，主要有转录本层面、基因层面、外显子层面、编码蛋白基因层面、非编码RNA层面

需要注意批次效应（由于实验方法、文库制备、分析方法等等产生），因此在比较不同数据集时要当心

需要注意

不是所有的样本都有全部的测序数据，比如某种癌症的某个样本某种测序质量差、文库制备出了问题，它就会缺失这种测序结果

4 支持的数据分析种类

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！当心！虽然都是TCGA，但数据也存在差异
  • 首先是：TCGA PanCan Atlas，它采用的是TCGA最高质量的数据，采用了统一的pipeline进行分析，大大减小了系统误差；附带了一些衍生数据，比如stemness score、immuno subtype；另外它的生存数据也是经过人工核验的；比对过程是比对到了2006 genome （hg19）；在xena中的名称是：TCGA Pan-Cancer （PANCAN）；适用于：全新的分析
  • 其次是：GDC TCGA data，它也是统一分析，数据来自Genomic Data Commons（GDC）；比对到了2013 genome（hg38）；没有其他衍生数据，只是level3的基因组数据；在xena中的名称是：GDC xxx，如 GDC TCGA Bile Duct Cancer （CHOL）；适用于：单个癌症（不想从pan cancer数据取子集）或者需要hg38版本的数据
  • 最后是：最原始的TCGA data ，TCGA官方放出来的原始数据；大部分是比对到hg19，但也有比对到hg18的；在xena中的名称是：TCGA xxx，如TCGA Bile Duct Cancer（CHOL）；适用于：需要外显子表达量的分析或者需要重复一些早期的工作
目前比较推荐的数据使用方式

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5 可视化简单上手——以肺癌的EGFR为例

xena的可视化逻辑就像是excel表格一样，一列一列把癌症样本、想要分析的数据类型、基因等等加载进来

5.1 了解一下这个基因EGFR
  • 10-35%的肺癌病人中会存在EGFR基因的异常（突变或扩增）
  • 在女性中最常见
  • EGFR抑制剂目前在临床上已经应用，比如EGFR酪氨酸激酶抑制剂（EGFRTKI）（例如埃罗替尼和吉非替尼）就是一类EGFR阻断药物，在治疗EGFR突变的肺癌中是有效的。目前前三代都出现了抗药问题，来自纪念斯隆-凯特琳癌症中心的研究显示，奥希替尼的初治和后线治疗展现了不同的耐药谱（https://med.sina.cn/article_detail_103_2_90349.html）
5.2 加载癌症数据

加载进来后，看到每一行表示一个样本

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5.3 载入EGFR表达量

B列的每一行也是和A保持一致。null表示该样本没有数据，显示灰色

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5.4 载入EGFR体细胞突变数据

C列中，突变位点就是其中的散点，不同颜色表示不同突变影响

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5.5 载入EGFR的拷贝数变异

默认只能加三列，此时需要点击Click to Add Column来增加。红色是扩增，蓝色是缺失

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5.6 在上图发现，EGFR有异常的地方，表达量也比较高=》思考：它的异常对生存有没有影响？

思路是： step1- 去掉空值（Null）的样本 step2- 分组，一组有突变，一组没有 step3- 做生存分析

xena样本过滤小技巧：

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step1: 过滤条件为!=null ，过滤完空值的样本，剩下508个

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step2: 怎么定义EGFR异常呢？

根据上图看到，EGFR的异常（Aberration）可以包括：

  • mutation：missense OR inframe deletion
  • copy number：copy number gain

因此过滤条件就是：(mis OR infra) OR D:>0.5

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step3：怎么做生存分析呢？

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5.7 表达量差异在自己分的两组之间差异显著吗？

选择KM plot下面的👇那个Chart & Statistics ，把X、Y轴设置一下就ok

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TCGA xena
Yunze Liu
Yunze Liu
Bioinformatics Sharer

Co-founder of Bioinfoplanet(生信星球)

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