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Enregistrement W3042537005 · doi:10.1101/2020.07.19.211151

Power analysis of transcriptome-wide association study: implications for practical protocol choice

2020· preprint· en· W3042537005 sur OpenAlexafffund

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2020
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueGenetic Associations and Epidemiology
Établissements canadiensOntario Brain InstituteAlberta Children's HospitalUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaAlberta Children's Hospital Research Institute
Mots-clésExpression (computer science)Variance (accounting)Predictive powerProtocol (science)Association (psychology)Statistical powerHeritabilityLinear modelPleiotropy

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract The transcriptome-wide association study (TWAS) has emerged as one of several promising techniques for integrating multi-scale ‘omics’ data into traditional genome-wide association studies (GWAS). Unlike GWAS, which associates phenotypic variance directly with genetic variants, TWAS uses a reference dataset to train a predictive model for gene expressions, which allows it to associate phenotype with variants through the mediating effect of expressions. Although effective, this core innovation of TWAS is poorly understood, since the predictive accuracy of the genotype-expression model is generally low and further bounded by expression heritability. This raises the question: to what degree does the accuracy of the expression model affect the power of TWAS? Furthermore, would replacing predictions with actual, experimentally determined expressions improve power? To answer these questions, we compared the power of GWAS, TWAS, and a hypothetical protocol utilizing real expression data. We derived non-centrality parameters (NCPs) for linear mixed models (LMMs) to enable closed-form calculations of statistical power that do not rely on specific protocol implementations. We examined two representative scenarios: causality (genotype contributes to phenotype through expression) and pleiotropy (genotype contributes directly to both phenotype and expression), and also tested the effects of various properties including expression heritability. Our analysis reveals two main outcomes: (1) Under pleiotropy, the use of predicted expressions in TWAS is superior to actual expressions. This explains why TWAS can function with weak expression models, and shows that TWAS remains relevant even when real expressions are available. (2) GWAS outperforms TWAS when expression heritability is below a threshold of 0.04 under causality, or 0.06 under pleiotropy. Analysis of existing publications suggests that TWAS has been misapplied in place of GWAS, in situations where expression heritability is low. Author Summary We compared the effectiveness of three methods for finding genetic effects on disease in order to quantify their strengths and help researchers choose the best protocol for their data. The genome-wide association study (GWAS) is the standard method for identifying how the genetic differences between individuals relate to disease. Recently, the transcriptome-wide association study (TWAS) has improved GWAS by also estimating the effect of each genetic variant on the activity level (or expression) of genes related to disease. The effectiveness of TWAS is surprising because its estimates of gene expressions are very inaccurate, so we ask if a method using real expression data instead of estimates would perform better. Unlike past studies, which only use simulation to compare these methods, we incorporate novel statistical calculations to make our comparisons more accurate and universally applicable. We discover that depending on the type of relationship between genetics, gene expression, and disease, the estimates used by TWAS could be actually more relevant than real gene expressions. We also find that TWAS is not always better than GWAS when the relationship between genetics and expression is weak and identify specific turning points where past studies have incorrectly used TWAS instead of GWAS.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,571
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,864
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMétarecherche
Catégories consensuellesMétarecherche
DomaineSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,429
Score d'incertitude au seuil0,529

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,5710,864
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0030,003
Bibliométrie0,0020,004
Études des sciences et des technologies0,0020,009
Communication savante0,0050,009
Science ouverte0,0060,006
Intégrité de la recherche0,0050,008
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0090,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,028
Tête enseignante GPT0,321
Écart entre enseignants0,292 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; l’étiquette directe de Gemma et le classifieur distillé Codex s’accordent sur ce qui est montré ici.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
DomaineMéthodes
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2020
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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