定量篩選差異甲基化區(qū)域的新方法

日期：2011-03-02 13:52:04

2011年2月8日，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院張巖教授課題組在《Nucleic Acids Research》雜志在線發(fā)表題為“QDMR: a quantitative method for identification of differentially methylated regions by entropy”的文章，該文章基于香農(nóng)信息熵理論開發(fā)了定量篩選差異甲基化區(qū)域的新方法QDMR。

DNA甲基化是重要的表觀遺傳調(diào)控因子之一，差異甲基化研究逐漸受到人們的重視，對于研究組織分化、衰老和癌癥等復(fù)雜疾病的發(fā)生有重要的作用，但是相對測定DNA甲基化譜的高通量實驗技術(shù)的快速發(fā)展，從這些實驗數(shù)據(jù)中提取差異甲基化區(qū)域的方法和軟件的步伐卻遠遠滯后。鑒于此，該研究將表觀遺傳學(xué)和生物信息學(xué)相結(jié)合，開發(fā)適合批量地從高通量的實驗數(shù)據(jù)中提取差異甲基化區(qū)域的新方法和新軟件。

在該工作中，研究者基于信息熵的方法，通過對DNA甲基化數(shù)據(jù)的預(yù)處理和熵值校正兩步優(yōu)化，開發(fā)了用來定量各樣本間甲基化差異的方法QDMR，熵值越小表示各樣本間的甲基化差異越大，將此方法應(yīng)用到人類16個組織的甲基化數(shù)據(jù)中，驗證了其在對各樣本間甲基化差異進行定量化的性能。

這是信息熵理論第一次用來篩選某種因素在不用樣本間的差異程度，在定量化的甲基化差異的基礎(chǔ)上，又通過確定合適的閾值來篩選差異甲基化區(qū)域。基于以上的熵的方法不僅能夠衡量每個基因組區(qū)域在不同生命狀態(tài)間的定量差異程度，而且能夠根據(jù)這種差異程度來對所有區(qū)域進行排秩或者分類，除此之外，還可以指出差異甲基化區(qū)域在哪個生命狀態(tài)下特異的發(fā)生高/低甲基化，從而可以研究不同類別的區(qū)域在不同生命過程中所扮演的角色。將QDMR方法應(yīng)用到小鼠七個成體組織的數(shù)據(jù)時，該方法無論是在定量甲基化差異，還是在篩選差異甲基化區(qū)域及發(fā)生特異甲基化的組織，乃至差異甲基化區(qū)域的可視化方面都有著些良好的性能。因此該方法獨立于具體的實驗平臺和物種，具有良好的應(yīng)用性和可擴展性。課題組還為科研工作者提供了本方法相應(yīng)的本地化軟件及在線平臺（http://bioinfo.hrbmu.edu.cn/qdmr/），該方法必將促進表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域差異甲基化區(qū)域的研究。

該工作主要由已畢業(yè)碩士生劉洪波完成。這篇論文是張巖課題組在計算表觀遺傳學(xué)研究中取得的又一重要研究成果。課題組致力于表觀遺傳領(lǐng)域的高通量數(shù)據(jù)挖掘的算法和軟件開發(fā)，可視化網(wǎng)絡(luò)平臺及數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，在計算表觀遺傳學(xué)及表觀基因組學(xué)研究領(lǐng)域已經(jīng)走在了國際前沿。

張巖教授之前領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的首個人類組蛋白修飾數(shù)據(jù)庫HHMD，以及預(yù)測哺乳動物基因組功能CpG島的方法CpG_MI均已發(fā)表在2010年的《Nucleic Acids Research》雜志上。