Overskrift her Navn på oplægsholder Navn på KU- enhed For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”.

Præsentationer af emnet: "Overskrift her Navn på oplægsholder Navn på KU- enhed For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”."— Præsentationens transcript:

1 Overskrift her Navn på oplægsholder Navn på KU- enhed For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod NTDR, 2012 Basic principles of NMR-based metabolomics Nils Nyberg NPR, Department of Drug Design and Pharmacology

2 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Outline NMR as universal detector Top-down approach in science Metabolomics and metabonomics Case story: starved ewes and fat lambs Step-by-step procedure in data handling Processing Export/import Calibration Baseline adjustment Projection of data to a common axis Integration and merging of buckets PCA NTDR, 2012

3 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Basic principles of NMR-based metabolomics Metabolome The complete set of small-molecule metabolites in a biological system Metabolomics, proteomics, transcriptomics, … Metabolic profile, metabolic fingerprint A quantitative determination of the metabolome in a sample or an individual Metabonomics Quantitative measurement of metabolic response to stimuli or genetic modification… Toxicology Disease diagnostics Functional genomics (determination of phenotypes) Nutrigenomics (human diet, drugs and microflora) Metabonomics ~ metabolomics ~ metabolic profiles NTDR, 2012

4 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod The universal detector NMR: the most universal detector for small metabolites No physical separation of analytes! Robust => reproducible results Directly quantitative Simple sample preparation Information rich Not as sensitive as mass spectrometry Expensive NMR is good for a top-down approach Study the whole system first, before breaking it into smaller pieces NTDR, 2012

5 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Starved ewes and fat lambs Undernutrition during fetal development is associated with increased risk of metabolic diseases later in life. Dutch winter famine 1944 Obesity at the age of 50 y in men and women exposed to famine prenatally, Am J Clin Nutr 1999;70:811–16. Coronary heart disease, hypertension, and type 2 diabetes. Consequences of “programming,” whereby a stimulus or insult at a critical, sensitive period of early life has permanent effects on structure, physiology, and metabolism. Metabolic programming Phenotypic alterations by fetal adaption Higher risk of obesity and diabetes if mismatched diet (programmed to cope with famine, exposed to hypernutrition) NTDR, 2012

6 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Starved ewes and fat lambs Hypothesis: Metabolic programming by feed restriction leads to changed metabolic pathways The changes can be studied by acquiring NMR spectra of urine Sheep as animal model system Before birth: Ewes well fed or starved (50% of energy) After birth:Normal diet or “High fat, high carbohydrate” diet NTDR, 2012

7 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Starved ewes and fat lambs: results 164 NMR spectra Repeats at 2 and 6 months NTDR, 2012

8 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Starved ewes and fat lambs: results Principal Component Analysis (PCA) Data reduction, keep the variance Display the relationships between samples NTDR, 2012

9 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Starved ewes and fat lambs: results Age: 2 months, adopting to ruminant digestion Separation depending on diet,  /  Some samples ahead,  separated from NTDR, 2012

10 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Data handling: procedures and terms From FID’s to one table NTDR, 2012

11 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Data handling: procedures and terms Keep track of your samples and data! Enter title or label for each sample FID’s to spectra: Window function, Fourier transform, phasing, base line adjustment Make spectra comparable Calibration of ppm-scale Project data on a common axis Normalize Compress data/simplify spectra Integrate (binning, buckets) Simplify calculations/interpretation of models Mean center Scaling NTDR, 2012

12 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod FID’s to spectra Use the same processing parameters for all spectra! Window function with parameters Exponential Multiplication with a line broadening factor of 1 Hz Number of data points in the final spectrum 32768 data points/20 ppm/600 MHz = 2.7 data points/Hz Make sure the peaks are properly defined. NTDR, 2012

13 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod FID’s to spectra Adjust each spectrum individually Phasing: Adjust only zeroth-order phase constant if possible NTDR, 2012

14 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod FID’s to spectra Base line adjustment Make sure the base line is represented in the spectrum (large SW) Use a simple function (2nd or 3rd order polynomial) NTDR, 2012

15 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Calibration of ppm-scale NTDR, 2012 Select a reference peak In all spectra TMS, DSS or Residual solvent signal Sharp, well resolved Global shift (error in lock position) Local shift (day to day variation in lock)

16 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Project data on a common axis Discrete data points in different spectra are not necessarily aligned Normally a very small effect NTDR, 2012

17 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Project data on a common axis NTDR, 2012

18 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Project data on a common axis NTDR, 2012

19 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Project data on a common axis NTDR, 2012

20 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Normalization Make data directly comparable with each other by removing known variation by reducing unknown variation row-wise operation (for each sample) Variation caused by different amounts/concentrations/volumes instrument settings (tuning/matching, gain) Variation expressed as additive effects (base line) multiplicative effects Context dependent processing! urine, serum, juice, … depending on the type of samples, sampling schemes and sample preprocessing NTDR, 2012

21 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Some Normalization schemes Normalize to constant sum constant squared sum highest signal Find a common constant feature in the spectra internal standard invariant metabolite e.g. urinary creatinine/body weight NTDR, 2012

22 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Normalization NTDR, 2012 Be pragmatic – if it works, it’s probably ok! But make sure the sampling and analysis parameters are kept constant Some normalization schemes will introduce new correlations Normalize to constant sum = if one signal increases, others are decreased

23 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Binning Binning = Bucketing = Integration of spectral ranges Reduce data set typical spectra: 65536 data points (64k) binned data ~200 data points Remove variability of chemical shifts temperature pH concentration overall composition of samples (salt, proteins,…) Reduce effects of differences in shimming the area of a peak is a more robust measure than intensity value of each point NTDR, 2012

24 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Binning Integration into smaller ranges Bucketing or binning Start with equidistant ranges, ~0.01-0.05 ppm Combine vicinal buckets with a high degree of co-variation NTDR, 2012

25 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Mean/median centering Removes (subtracts) the mean/median value of each variable Operates on the columns of the data matrix (for each variable/bucket) Centering of the data gives more stable numerical solutions for the PCA (and other transformations). If not used – the first pc will be the mean spectrum… Use median centering for a more robust centering less sensitive to outliers NTDR, 2012

26 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Centering Raw data, before centering NTDR, 2012

27 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Centering Mean centered NTDR, 2012

28 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Centering Median centered NTDR, 2012

29 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Scaling Scaling sets the weighting (importance) of each variable in the models For NMR-spectroscopic data the largest signals have the highest variance small signals have low variance noise have lowest variance NTDR, 2012

30 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Auto scaling Auto scaling (variables divided by standard deviation, variance set to 1). NTDR, 2012

31 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Pareto scaling Pareto scaling (variables divided by the square root of the standard deviation). NTDR, 2012

32 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Log transform The data range is ’compressed’ by calculation of the logarithmic values before centering. NTDR, 2012

33 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod Scaling Centering Removes the offset in the data Highlights the differences within each variable Auto scaling Sets the variance of each variable to unity. Inflates the noise. All signals equally important. Pareto scaling Reduce relative importance of large values. Scaling effect between no scaling (only centering) and auto scaling. NTDR, 2012

34 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod PCA Principal Component Analysis (PCA) Calculate scores and loadings Data reduction (from 65000 data points to two…) Keep the variance, don’t show the noise Display the relationships between samples X (systematic + random variation) S Loadings NTDR, 2012

35 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod PCA Principal Component Analysis (PCA) Calculate scores and loadings Data reduction (from 65000 data points to two…) Keep the variance, don’t show the noise Display the relationships between samples X (systematic variation) S Loadings E (random variation) NTDR, 2012

36 Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt- opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre- stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning Overskrift her For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod PCA Principal Component Analysis (PCA) Calculate scores and loadings Data reduction (from 65000 data points to two…) Keep the variance, don’t show the noise Display the relationships between samples NTDR, 2012