这段时间在分析TCGA(Cancer Genome Atlas,癌症和肿瘤基因图谱)的数据,官网提供的下载途径极不友好.使用了一些第三方工具下载下来的并不能保证是最新的(比如使用官网推荐的GDC cBIO Portal下载的临床数据),自己摸索了一段时间后发现使用官网提供的API才能保证下载的数据是最新最准确的.

本期使用TCGA的API下载肝癌的miRNA表达谱及临床数据为例说明如何下载TCGA数据.

首先在TCGA官网的data portal界面左侧的filter的cases选项卡选择liver,files选项卡选择miRNA-seq, 数据类型选择 miRNA Expression Quantification,也可复制下面的链接打开:

https://portal.gdc.cancer.gov/search/f?facetTab=files&filters={“op”:”and”,”content”:[{“op”:”in”,”content”:{“field”:”cases.project.primary_site”,”value”:[“Liver”]}},{“op”:”in”,”content”:{“field”:”files.experimental_strategy”,”value”:[“miRNA-Seq”]}},{“op”:”in”,”content”:{“field”:”files.data_format”,”value”:[“TSV”]}},{“op”:”in”,”content”:{“field”:”files.data_type”,”value”:[“miRNA Expression Quantification”]}}]}

上面是肝癌373个cases的miRNA的miRNA表达谱链接,从url解码出来的(顺便提下后面的格式是和TCGA的API格式一样).把链接复制地址栏打开后如下所示:

可以看出肝癌中miRNA的病例(cases)有373个,但miRNA表达谱却有425个,也就是说是有重复的,并且这425个中既有肝癌组织的,也有正常组织的.然后点击中间的Download Manifest,下载包含这425个文件详细信息的.tsv文件,文件内容如下:

我们只需要第一列file_id,然后使用GDC Data Transfer Tool根据第一例的file_id下载这425个miRNA表达谱文件 ,Gdc工具从这里下载: https://gdc.cancer.gov/access-data/gdc-data-transfer-tool .
使用wget下载ubuntu版的:

# 下载gdc客户端:
wget -c -t 0 https://gdc.cancer.gov/files/public/file/gdc-client_v1.2.0_Ubuntu14.04_x64.zip
#解压缩出文件gdc-client
unzip ./gdc-client_v1.2.0_Ubuntu14.04_x64.zip
# 使用gdc-client根据刚才的.tsv文件下载425个miRNA表达谱文件:
mkdir miRNA_425
cd miRNA_425

使用gdc-client下载的命令格式应该是gdc-client + download + file_id,类似下面图片里的:

awk '{if(NR>1){print "gdc-client download",$1}}' ../gdc_manifest.2017-05-26T16-02-11.963011.tsv | head  

然后使用下面的命令进行下载,通过管道传给sh(sh命令是执行从标准输入或一个文件中读取的命令),:

awk '{if(NR>1){print "gdc-client download",$1}}' ../gdc_manifest.2017-05-26T16-02-11.963011.tsv |sh

下载完成后会出现425个文件夹,以file_id命名,里面有一个mirnas.quantification.txt和logs文件夹,部分还会有个annotations文件,我们首先对下载的文件进行md5验证,看看是否全部都完整的下载了下来:

# 每个下载下来的表达谱文件都放在以file_id命名的文件夹里,通过md5验证文件的准确性:

# 将manifest文件第1列的文件id和第3列的md5值提取到数组:
file_all_md5=(`awk 'BEGIN{OFS=""}{if(NR>1)print $1,$3}' ../gdc_manifest.2017-05-26T16-02-11.963011.tsv`)

# 从下载下来的文件夹中获得所有下载下来的文件ID:
download_all=(`ls`)

# 先看数量:
echo ${#file_all_md5[@]} #425
echo ${#download_all[@]} #425

# 数量一致,然后根据md5值进行验证:
count_file=1
for file_id in ${download_all[@]}
do

    # 通过md5sum命令获得每个文件的md5值:
    file_id_md5=`md5sum ./$file_id/mirnas.*|awk '{print $1}' -`
    # 判断文件md5是否与manifest文件中一致
    if [[ "${file_all_md5[@]}" =~ "$file_id$file_id_md5" ]]
    then
        count_file=`echo $count_file + 1|bc`
    else
        echo $file_id"中的文件有误"
    fi
done
echo "$count_file"

结果显示61755bc3-6947-4599-9f41-7d0ac7e94093中的文件有误,我看了下果然发现这个文件没有下载完全,于是使用下面的命令重新下载.哪个文件下载错误直接替换ID重新下载即可.

重新下载命令:

#download后面加下载有误的文件ID:
gdc-client download 61755bc3-6947-4599-9f41-7d0ac7e94093
# 使用md5sum重新验证这个文件,再与manifest文件比较,发现md5值一致.
md5sum ./61755bc3-6947-4599-9f41-7d0ac7e94093/mirna*

基因表达谱文件下载方法与上面类似就不再赘述.上面下载下来的miRNA表达量都是每个样本一个文件,格式如下:

某个样本的miRNA-seq表达谱

前几列都好理解,依次是miNRA名称,原始reads数目,归一化reads数RPM,最后一列cross-mapped表示multiple-hitted miRNA,具体可以参考[PMID: 21637827 ]:
miRNA cross-mapping is a prevalent phenomenon where miRNA sequence originating from one genomic region is mapped to another location.

我们接下来需要看看这些样本的注释(可以用来做生存曲线),还是再刚才那个网页里,点击Files(425),然后选择要显示的列,必须选择”file_uuid”和Cases,然后点击右边的下载箭头,下载json注释文件.

下载下来的json文件是这样的,大括号{}表示对像, 用 在处理时用 点号 来引用 对象的 属性/或函数 (函数后面要加小括号). 中括号[]表示数组, 用['下标']的方式来引用. json的数据, 不管是key, 还是 value, 都要用 双引号. 表示包含425个以大括号分割的文件的文件名(file_name),病人id(case_id)和文件id(file_id):

然后用awk将这425个file_id和373个case_id对应起来,顺便给个顺序ID:

# 第一列是case_id,第二列是file_id:
awk 'BEGIN{
    OFS="\t";
    FS="[\t\" :]+"
    }
    { 
        if($2=="case_id")
            printf "%s\t",NR$3; 
        if($2=="file_id")
            print $3 
    }' ../TCGA_liver_cases_detail.json | awk 'BEGIN{OFS="\t"}{print NR,$0}' - > ../miRNA_caseID_fileID

接下来使用TCGA的API获取每个case或每个样本的临床数据及注释信息,可以获得json格式的也可以获得tsv格式的,方法如下:

1. 根据case id使用TCGA 的API提取每个case的json格式的diagnoses信息(主要是days to death用于做生存曲线),获得文件cases_373_diagnoese.json:

bash
# 根据上面的case_id,使用TCGA提供的API获取cases的最新诊断信息:
# 获得所有case id并存入数组,注意加sort -u去除重复,去重复后发现只有373个case ID了,说明有4个人是有重复的.
cases_id=(`awk '{print $2}' ../miRNA_caseID_fileID|sort -u`)
# 如果没有安装jq,则sudo apt-get install jq,用于等会处理.json文件
# 创建空文件处理diagnoses数据:
cat /dev/null >../cases_373_diagnoese.json
for cid in ${cases_id[@]}
do
    # 被注释这段代码可以提取制定key的值.
    # echo "curl 'https://api.gdc.cancer.gov/cases/$cid?pretty=true&expand=diagnoses'" |sh|jq  '.data.diagnoses[0] | {updated_datetime: .updated_datetime,tumor_stage: .tumor_stage,age_at_diagnosis: .age_at_diagnosis,vital_status:.vital_status,morphology:.morphology,days_to_death:.days_to_death}'
    
    #提取case的diagnoses的所有key及value:
    echo "curl 'https://api.gdc.cancer.gov/cases/$cid?pretty=true&expand=diagnoses'" |sh|jq   '.data | {case_id,diagnoses}' |awk '{print }' >>../cases_373_diagnoese.json
done

通过上面的代码可以获得json格式的373个case的diagnoses信息,4个重复的没有显示.

373个病例的诊断信息.json格式

2. 根据case id使用TCGA 的API提取每个case的tsv格式的diagnoses信息(主要是days to death用于做生存曲线),获得文件cases_373_diagnoese.tsv:

#根据case ID创建过滤条件文件获得每个case的days to death:
cat > ../payload <<EOF
{
    "filters":{
        "op":"in",
        "content":{
            "field":"cases.case_id",
            "value":[

EOF
# 将case ID写入条件:
row_num=`wc -l ../miRNA_caseID_fileID | awk '{print $1}' -`
awk -v row_num=$row_num '{if(NR<row_num)printf "\"%s\",\n",$2; if(NR==row_num)printf "\"%s\"\n",$2}' ../miRNA_caseID_fileID >> ../payload
# 创建条件结尾:
cat >> ../payload <<EOF
      ]
   }
    },
    "format":"TSV",
    "size":"10000",
    "pretty":"true",
    "expand":"diagnoses"

}
EOF

# 使用curl命令调用条件../payload获取373个cases的diagnoses:
curl --request POST --header "Content-Type: application/json" --data @../payload.txt 'https://api.gdc.cancer.gov/cases' >../cases_373_diagnoese.tsv

373个cases的注释

3. 根据file id使用TCGA 的API提取每个file的tsv格式的样本信息(主要是样本的类型:tumor还是normal),获得文件files_425_diagnoese.tsv:

#根据file ID创建过滤条件文件:
cat > ../payload <<EOF
{
    "filters":{
        "op":"in",
        "content":{
            "field":"files.file_id",
            "value":[

EOF
# 将case ID写入条件:
row_num=`wc -l ../miRNA_caseID_fileID | awk '{print $1}' -`
awk -v row_num=$row_num '{if(NR<row_num)printf "\"%s\",\n",$3; if(NR==row_num)printf "\"%s\"\n",$3}' ../miRNA_caseID_fileID >> ../payload
# 创建条件结尾:
cat >> ../payload <<EOF
      ]
   }
    },
    "format":"TSV",
    "fields":"file_id,file_name,cases.submitter_id,cases.case_id,data_category,data_type,cases.samples.tumor_descriptor,cases.samples.tissue_type,cases.samples.sample_type,cases.samples.submitter_id,cases.samples.sample_id,cases.samples.portions.analytes.aliquots.aliquot_id,cases.samples.portions.analytes.aliquots.submitter_id",
    "size":"10000",
    "pretty":"true"
}
EOF

# 如果是用第三列的file ID,过滤条件里的field要修改为file_id_raw,
curl --request POST --header "Content-Type: application/json" --data @../payload 'https://api.gdc.cancer.gov/files' >../files_425_diagnoese.tsv

425样本的注释

从上面已经获得了肝癌组织全部的miRNA表达谱数据及临床数据,接下来就可以提取想要信息进行下一步分析,其他肿瘤的基因表达谱及临床数据下载与此类似,下次介绍TCGA数据整合与分析.

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