本文關(guān)鍵詞：基于小波變換表觀基因組分析方法的研究

  更多相關(guān)文章： 表觀基因組 ENCODE 組蛋白修飾 小波相關(guān)

【摘要】：表觀遺傳學(xué)作為一門新興的遺傳學(xué)分支學(xué)科近年來(lái)越來(lái)越受到科學(xué)界的關(guān)注。表觀遺傳學(xué)是與傳統(tǒng)的遺傳學(xué)相對(duì)應(yīng)的。傳統(tǒng)的遺傳學(xué)研究基因序列發(fā)生改變時(shí)基因表達(dá)水平發(fā)生的變化,如基因突變、基因丟失等。而表觀遺傳學(xué)則主要研究基因序列不發(fā)生改變的情況下基因表達(dá)水平發(fā)生的變化,如DNA甲基化、RNA干擾、組織蛋白修飾等。 DNA元件百科全書(shū)計(jì)劃(ENCODE)是由美國(guó)國(guó)立人類基因組研究所(NHGRI)發(fā)起的,并由世界上多個(gè)國(guó)家參與的重大國(guó)際合作項(xiàng)目。ENCODE計(jì)劃目前獲得的大量數(shù)據(jù)以連續(xù)的形式存在于多種基因組區(qū)間內(nèi),但它們之間的相互作用關(guān)系在很大程度上仍是未知的,因此迫切需要定量評(píng)價(jià)不同類型ENCODE數(shù)據(jù)間相互作用關(guān)系的計(jì)算方法。目前主要缺少分析表觀基因組數(shù)據(jù)的有效方法,缺少整合基因組與表觀基因組的合理策略,并缺少研究與疾病關(guān)聯(lián)作用的分析手段。我們希望能夠提出一種全新的方法,可以在不同尺度的情況下對(duì)表觀遺傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從一種全新的角度對(duì)不同類型的ENCODE數(shù)據(jù)間的相互作用關(guān)系進(jìn)行研究, 小波變換可以對(duì)表觀遺傳組信號(hào)進(jìn)行多尺度分解和去噪,觀察不同尺度下的數(shù)據(jù)特征。應(yīng)用小波變換方式處理不同尺度及分辨率的數(shù)據(jù),即通過(guò)大“窗口”(大尺度)信號(hào)觀測(cè)總體功能,而通過(guò)小“窗口”(小尺度)信號(hào)發(fā)現(xiàn)細(xì)小特征。形象的說(shuō),小波變換分析的結(jié)果既可以幫助我們看見(jiàn)森林又能見(jiàn)到樹(shù)木。小波變換作為一種經(jīng)典的數(shù)學(xué)工具,能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行降噪處理。在對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺度分析時(shí),能夠保持信號(hào)原有的性質(zhì),并且展現(xiàn)信號(hào)在不同尺度下的特征,適合在變尺度條件下觀察表觀基因組的調(diào)控機(jī)理和染色質(zhì)的功能域結(jié)構(gòu)。 本文基于小波變換提出了一種全新的表觀基因組分析方法,可以在不同的尺度下處理表觀遺傳信號(hào),對(duì)表觀遺傳信息的相關(guān)性進(jìn)行檢驗(yàn),并重新識(shí)別染色質(zhì)功能域。通過(guò)該分析方法可以對(duì)表觀基因組進(jìn)行多尺度分析,并從組蛋白修飾的角度研究染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能,解讀表觀圖譜。研究結(jié)果表明,該方法適用于分析不同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)類型間相互作用關(guān)系以及識(shí)別人類基因組功能域及功能元件。 本研究具體針對(duì)多尺度連續(xù)高密度的表觀基因組數(shù)據(jù)集,應(yīng)用小波相關(guān)性分析方法(WCO)研究了表觀遺傳基因組數(shù)據(jù)集間的相關(guān)性,并進(jìn)行了可視化、定量化及確定化的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。具體研究工作是：(1)對(duì)小波相關(guān)性進(jìn)行正式的統(tǒng)訐學(xué)測(cè)試,驗(yàn)證應(yīng)用WCO方法分析組蛋白修飾的數(shù)據(jù)是否恰當(dāng)。(2)描述(各細(xì)胞系間)組蛋白修飾和(各組蛋白修飾的)細(xì)胞系間的小波相關(guān)模式,并評(píng)價(jià)與組蛋白修飾如何密切相關(guān)。(3)探索激活和抑制狀態(tài)下修飾作用的小波相關(guān),并識(shí)別ENCODE試點(diǎn)區(qū)間的二價(jià)染色質(zhì)功能域。 我們選用的原始數(shù)據(jù)是44個(gè)ENCODE試點(diǎn)區(qū),包括從500kbp至2Mbp大小不等的14個(gè)區(qū)域和30個(gè)500kbp的區(qū)域。主要從四個(gè)方面進(jìn)行小波相關(guān)分析。(1)對(duì)單一ENCODE試點(diǎn)區(qū)ENm004內(nèi)GM06990細(xì)胞系中9個(gè)組蛋白修飾的小波相關(guān)進(jìn)行了檢測(cè)。我們首先在16kbp尺度下對(duì)各個(gè)組蛋白修飾對(duì)的小波相關(guān)性進(jìn)行分析。然后在8kbp、32kbp和64kbp尺度下對(duì)H3K4me2和H3K4me3的小波相關(guān)分析進(jìn)行研究。接著又在8kbp、32kbp和64kbp尺度下對(duì)各個(gè)組蛋白修飾對(duì)的平滑相關(guān)分布進(jìn)行分析。(2)將初步觀察擴(kuò)展至其他ENCODE試點(diǎn)區(qū),對(duì)其他43個(gè)ENCODE試點(diǎn)區(qū)也進(jìn)行了相同的檢測(cè)。我們首先在16kbp尺度下對(duì)GM06990細(xì)胞系中44個(gè)ENCODE試點(diǎn)區(qū)的H3K4me2和H3K4me3的小波相干分布進(jìn)行分析。接著研究在8kbp、32kbp和64kbp尺度下44個(gè)ENCODE試點(diǎn)區(qū)H3K4me2和H3K4me3的小波相關(guān)分布。然在多尺度下分析GM06990細(xì)胞系中全部組蛋白修飾對(duì)的平均小波相關(guān)性。并對(duì)特定區(qū)域的F統(tǒng)計(jì)量的平滑分布,基因密度的F統(tǒng)計(jì)量的平滑分布和保守序列的F統(tǒng)計(jì)量的平滑分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。在16kbp的尺度下,我們從小波相關(guān)曲線、多尺度平滑相關(guān)分布和信號(hào)相關(guān)分布三方面對(duì)HeLa-S3細(xì)胞系ENm004試點(diǎn)區(qū)中H3K4me2和H3K4me3的小波相關(guān)分析結(jié)果進(jìn)行研究。并在同一尺度下對(duì)HeLa-S3細(xì)胞系中44個(gè)ENCODE試點(diǎn)區(qū)內(nèi)組蛋白乙�；cH3K4甲基化的小波相關(guān)分布進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。(3)對(duì)GM06990和HeLa-S3細(xì)胞系中組蛋白乙�；虷3K4甲基化進(jìn)行了分析。在尺度為16kbp下,我們從小波相關(guān)曲線、多尺度平滑相關(guān)分布、尺度為16kbp時(shí)信號(hào)相關(guān)分布三方面對(duì)在細(xì)胞系GM06990和HeLa-S3中H3K4me3的小波相關(guān)分析結(jié)果進(jìn)行研究。并在16kbp尺度下,對(duì)GM06990和HeLa-S3中44個(gè)ENCODE試點(diǎn)區(qū)的組蛋白乙酰化與H3K4甲基化的小波相關(guān)分布進(jìn)行了研究(4)通過(guò)檢測(cè)5%的顯著性水平下某些ENCODE試點(diǎn)區(qū),識(shí)別了H3K4me3和H3K27me3信號(hào)的共同位點(diǎn),并研究了H3K4me3和H3K27me3的bivalent區(qū)域小波相關(guān)性。我們對(duì)GM06990激活態(tài)和抑制態(tài)修飾重疊區(qū)的bivalent區(qū)域進(jìn)行了分析,檢測(cè)了所有ENCODE試點(diǎn)區(qū)bivalent區(qū)域。經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn),間隔區(qū)內(nèi)的43個(gè)二價(jià)染色體域遠(yuǎn)離上游和下游基因,這說(shuō)明我們所分析的這些二價(jià)染色體域很可能大量存在于人類基因組中。 通過(guò)上述分析發(fā)現(xiàn),組蛋白之間在不同的試點(diǎn)區(qū)及細(xì)胞系間的相關(guān)性具有一定的相似性,有的組蛋白修飾對(duì)在不同的細(xì)胞系下表現(xiàn)出了高度小波相關(guān)性的程度,我們?cè)诜治龈鱁NCODE試驗(yàn)區(qū)組蛋白修飾的小波相關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn),同區(qū)域的兩個(gè)標(biāo)記富集表現(xiàn)一致時(shí),可出現(xiàn)高度的小波相關(guān),這些都多尺度ENCODE試點(diǎn)區(qū)的基因組分布模式密切相關(guān).識(shí)別出的小波相關(guān)模式可檢驗(yàn)?zāi)切┯糜诮忉尳M蛋白修飾功能的各種模型,如組蛋白編碼、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)和電荷中和模型。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于確證多種表觀遺傳學(xué)假說(shuō)。另外,通過(guò)小波相關(guān)來(lái)分析激活和抑制狀態(tài)下的修飾作用顯示,上述數(shù)據(jù)分析方法適用于重新識(shí)別二價(jià)染色質(zhì)功能域,廣泛適用于探索不同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)類型間相互作用關(guān)系以及識(shí)別人類基因組功能域及功能元件。
【關(guān)鍵詞】：表觀基因組 ENCODE 組蛋白修飾 小波相關(guān)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R3411
【目錄】：

• 英文縮寫(xiě)詞表6-7
• 摘要7-10
• ABSTRACT10-13
• 第1章 前言13-17
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 人類染色體表觀基因組13
• 1.1.2 DNA元件百科全書(shū)(ENCODE)計(jì)劃13
• 1.1.3 小波分析13-15
• 1.2 研究動(dòng)機(jī)15-16
• 1.2.1 建立多尺度表觀基因組分析方法15
• 1.2.2 從組蛋白修飾的角度研究染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能15-16
• 1.3 論文的研究?jī)?nèi)容和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)16-17
• 1.3.1 論文研究的主要內(nèi)容16
• 1.3.2 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)16-17
• 第2章 表觀遺傳數(shù)據(jù)預(yù)處理17-19
• 2.1 ENCODE試點(diǎn)區(qū)17-18
• 2.2 組蛋白修飾和Chip-chip數(shù)據(jù)18
• 2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理18-19
• 第3章 表觀基因組小波相關(guān)分析方法19-24
• 3.1 小波變換理論19-21
• 3.2 小波譜的測(cè)量21-22
• 3.3 小波譜的估計(jì)22
• 3.4 顯著性檢驗(yàn)22-23
• 3.5 錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率(FDR)23-24
• 第4章 研究結(jié)果與討論24-48
• 4.1 WCO基本方法的工作流程24-26
• 4.2 小波相關(guān)分析26-45
• 4.2.1 ENCODE試點(diǎn)區(qū)中ENm004區(qū)的小波相關(guān)分析26-30
• 4.2.2 44個(gè)ENCODE試點(diǎn)區(qū)內(nèi)的小波相關(guān)分析30-37
• 4.2.3 不同細(xì)胞系的小波相關(guān)分析37-38
• 4.2.4 “陰陽(yáng)”修飾的小波相關(guān)分析38-45
• 4.3 討論45-48
• 第5章 總結(jié)與對(duì)未來(lái)工作建議48-50
• 5.1 全文總結(jié)48-49
• 5.2 未來(lái)工作建議49-50
• 參考文獻(xiàn)50-53
• 文獻(xiàn)綜述53-59
• 參考文獻(xiàn)57-59
• 發(fā)表文章59-80
• 個(gè)人經(jīng)歷80-81
• 致謝81

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 高原;周劍濤;夏德宜;;表觀遺傳學(xué)與人類表觀基因組計(jì)劃[J];現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展;2009年02期

2 師頤康;;優(yōu)化你的軟件——表觀基因組[J];科學(xué)養(yǎng)生;2010年09期

3 ;[J];;年期

4 ;[J];;年期

5 ;[J];;年期

6 ;[J];;年期

7 ;[J];;年期

8 ;[J];;年期

9 ;[J];;年期

10 ;[J];;年期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 田堯;基于小波變換表觀基因組分析方法的研究[D];中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2013年

，

本文編號(hào)：685784