Development of bioinformatics pipeline for cross-omics data analysis to elucidate adverse outcome pathways associated with metabolic disorders
Creators: name: Δάλλας, Ιωάννης Λάμπρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Πολυομική
Ενδοκρινικοί Διαταράκτες
Έκθεση
DBP
DEHP
DIABLO
Ανάλυση κοινών μονοπατιών
Λιπίδια
Δυσμενή Μονοπάτια Έκθεσης
Μεταβολομική
Μεταγραφομική
Μεταβολικές Διαταραχές
Cross-Omics
Endocrine Disruptors
Exposure
Joint-pathway analysis
Lipids
Adverse Outcome Pathways
Metabolomics
Transcriptomics
Metabolic disorders

description: The impact of various human activities on the ecosystem is constantly evaluated as rapid industrialization and modern lifestyles raise awareness in the scientific community. The relationship between public health and the environment is mutual, as several exposure factors have been connected with severe adverse health effects. While a variety of environmental factors are examined through the scientific literature, exposure to chemical substances, especially endocrine disruptors, has been associated with the triggering of endocrine responses related to metabolic disorders. Chemical safety assessment of phthalates, such as Bis(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and Dibutyl phthalate (DBP), requires an integrated framework combining information from various sources constructing a conceptual framework that summarizes the links and causalities among biological pathways. In pursuit of this objective, the application of high-throughput omics technologies, including metabolomics and transcriptomics, can uncover significant biomarkers, shedding light on the intricacies of the disrupted pathways. However, the lack of standardized bioinformatics workflows for cross-omics data analysis remains a significant challenge in the field of cross-omics research. While the integration of data from various omics technologies holds great promise for advancing our understanding of complex biological systems, the complexity and heterogeneity of these data types present significant challenges for data analysis and interpretation. The development of comprehensive and standardized bioinformatics workflows for cross-omics data analysis is essential for addressing these challenges and facilitating the integration and interpretation of data from different omics disciplines. The aim of the present study is to develop a bioinformatics pipeline for cross-omics data analysis to elucidate adverse outcome pathways (AOPs) associated with metabolic disorders, focusing on the impact of exposure to DEHP and DBP in vivo and in vitro experiments. Integration with DIABLO algorithm of cross-omics data is facilitated in order to uncover potential biomarkers that will elucidate enriched biological pathways with knowledge-driven approaches, such as joint-pathway analysis, that later will provide a novel framework for the construction of adverse outcome pathways. The objectives of the study are the extraction of prominent signatures that will unveil the impact of biological pathways on metabolic disorders. Additionally, the construction of a robust framework will assist researchers in understanding the impact of various computational methods in the integration of cross-omics datasets. The demonstration of proposed robust integration strategies will create a robust framework, dependent on the needs of integrated testing and assessment (IATA) for chemical risk assessment of endocrine disruptors.
description: Ο αντίκτυπος των πολυποίκιλων ανθρώπινων δραστηριοτήτων στο οικοσύστημα αξιολογείται ενδελεχώς, καθότι η επιστημονική κοινότητα απασχολείται ιδιαιτέρως από τη ραγδαία βιομηχανοποίηση και τον μοντέρνο τρόπο ζωής. Η αμοιβαία σχέση ανάμεσα στη δημόσια υγεία και το περιβάλλον αναδεικνύεται, καθώς αρκετοί παράγοντες έκθεσης έχουν διασυνδεθεί με αρκετές δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία. Καθώς μία πληθώρα περιβαλλοντικών παραγόντων εξετάζεται μέσα απ’ την επιστημονική βιβλιογραφία, η έκθεση σε χημικές ουσίες και συγκεκριμένα στους ενδοκρινικούς διαταράκτες, έχει συσχετιστεί με την πυροδότηση ενδοκρινικής απόκρισης, διαδικασία σχετιζόμενη με μεταβολικές διαταραχές. Η αξιολόγηση της χημικής ασφάλειας φθαλικών ενώσεων, όπως του δις(2-αιθυλεξυλ) φθαλικού εστέρα (DEHP) και του φθαλικού διβουτυλεστέρα (DBP), απαιτεί ένα ενοποιημένο πλαίσιο, συνδυάζοντας πληροφορίες από ποικίλες πηγές, οικοδομώντας έτσι ένα εννοιολογικό σχήμα το οποίο συνοψίζει τις συνδέσεις και τις αιτιότητες ανάμεσα σε βιολογικά μονοπάτια. Κατά την αναζήτηση αυτού του στόχου, η εφαρμογή ομικών τεχνολογιών υψηλής απόδοσης, συμπεριλαμβανομένων της μεταβολομικής και μεταγραφομικής, δύναται να αποκαλύψει σημαντικούς βιοδείκτες, ρίχνοντας φως σε πολύπλοκες λεπτομέρειες των διαταραγμένων μονοπατιών. Ωστόσο, η έλλειψη μίας συμβατικής μεθοδευμένης ροής βιοπληροφορικής ανάλυσης πολυομικών δεδομένων παραμένει μία καθόλα σημαντική πρόκληση στον επιστημονικό τομέα της πολυομικής έρευνας. Ενώ η ενοποιημένη συνδυαστική ανάλυση δεδομένων από ποικίλες ομικές τεχνολογίες έχει αναδειχθεί ως ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για την εξέλιξη και βελτιστοποίηση της κατανόησης μας για περίπλοκα βιολογικά συστήματα, η πολυπλοκότητα και η ετερογένεια αυτού του είδους δεδομένων παρουσιάζουν σημαντικές προκλήσεις για την αποτελεσματική ανάλυση και ερμηνεία. Η ανάπτυξη εμπεριστατωμένων και συμβατικών μεθοδικών βιοπληροφορικών ροών για την ανάλυση πολυομικών δεδομένων είναι στοιχειώδης για την αντιμετώπιση των συγκεκριμένων προκλήσεων και της διευκολυνόμενης εφαρμογής μίας ενοποιημένης συνδυαστικής ανάλυσης και ερμηνείας δεδομένων από διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η ανάπτυξη μεθοδολογίας βιοπληροφορικής ανάλυσης πολυομικών δεδομένων, τα οποία θα αποσαφηνίσουν δυσμενή μονοπάτια έκθεσης (AOPs) σχετιζόμενα με μεταβολικές διαταραχές, εστιάζοντας στον αντίκτυπο της έκθεσης σε DEHP και DBP για in vivo και in vitro πειράματα. Ενοποιημένη συνδυαστική ανάλυση πολυομικών δεδομένων διεκπεραιώνεται με τον αλγόριθμο DIABLO, με στόχο την ανακάλυψη υποψήφιων βιοδεικτών, οι οποίοι μαζί με τεχνικές που συμπεριλαμβάνουν βιολογικά γνωσιακά πρότυπα, όπως η ανάλυση κοινών μονοπατιών, θα αναδείξουν εμπλουτισμένα βιολογικά μονοπάτια, τα οποία αργότερα θα αποτελέσουν ένα καινοτόμο πλαίσιο για την κατασκευή δυσμενών μονοπατιών έκθεσης. Οι αντικειμενικοί στόχοι της μελέτης είναι εξαγωγή επιφανών χαρακτηριστικών τα οποία θα διαφωτίσουν τον αντίκτυπο των βιολογικών μονοπατιών στις μεταβολικές διαταραχές. Επιπρόσθετα, η κατασκευή ενός δομημένου πλαισίου ανάλυσης θα βοηθήσει ερευνητές στην κατανόηση της επίδρασης ποικίλων υπολογιστικών μεθόδων στην ενοποιημένη συνδυαστική ανάλυση πολυομικών δεδομένων. Tέλος, η επίδειξη προτεινόμενων εύρωστων μεθοδολογιών ολοκληρωμένης συνδυαστικής ανάλυσης θα δημιουργήσει ένα δομημένο πλαίσιο, εξαρτώμενο απ’ τις ανάγκες των ενοποιημένων τεχνικών δοκιμής και αξιολόγησης (IATA) για την χημική αποτίμηση ρίσκου των ενδοκρινικών διαταρακτών.