डीएनए मेथिलिकरण और जैव सूचना विज्ञान

बायोइनफॉरमैटिक्स , विशेष रूप से चिप-सीक्यू और आरएनए-सेक प्रौद्योगिकियों पर पोर्टाह परिचयात्मक लेख पढ़ने के बाद, मुझे वास्तव में संभव के रूप में, बायोइंफॉर्मेटिक्स पर रूसी-भाषा के लेखों और विशेष रूप से इसके "व्यावहारिक" घटक की भरपाई करने का विचार पसंद आया। इसलिए, मैं इल्लुमिना 450K मानव मिथाइलेशन तकनीक का उपयोग करके मेथिलोमा का विश्लेषण करने के लिए पाइपलाइन के इस संक्षिप्त अवलोकन की पेशकश करता हूं।

एक जीव के जीवन के दौरान, उसके डीएनए का न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम आम तौर पर अपरिवर्तित रहता है (जीन, जीनोम और डीएनए के बारे में अधिक जानकारी के लिए, उदाहरण के लिए, यह लेख )। फिर भी, ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो आपको जीनोम, इसके काम और यहां तक ​​कि विरासत में प्रभावित करने की अनुमति देती हैं। इन प्रक्रियाओं को एपिजेनेटिक परिवर्तन कहा जाता है।

मुख्य एपिगेनेटिक तंत्र में से एक डीएनए मिथाइलेशन है। मिथाइलेशन एक डीएनए अणु में एक परिवर्तन होता है जो मिथाइल समूह (-CH3) को न्यूक्लियोटाइड सी में संलग्न करता है, और यह आवश्यक है कि सी न्यूक्लियोटाइड जी द्वारा पीछा किया जाता है। न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम -सीजी- को सीजीजी डायन्यूक्लियोटाइड, या सीपीजी साइट कहा जाता है। एक ही समय में सभी कोशिकाओं में मिथाइलेशन नहीं होता है, इसलिए, वे एक विशिष्ट CpG साइट के प्रतिशत मिथाइलेशन की बात करते हैं।

जीन अभिव्यक्ति को विनियमित करने के लिए डीएनए मेथिलिकेशन महत्वपूर्ण तंत्रों में से एक है। यह दिखाया गया है कि विभिन्न प्रकार के कैंसर, पहले और दूसरे प्रकार के मधुमेह, सिज़ोफ्रेनिया, आदि जैसे रोग, मेथिलिकेशन प्रोफाइल में बदलाव से जुड़े हैं। इसलिए, जीनोम मेथिलिकरण प्रोफ़ाइल का विश्लेषण करने में सक्षम होना महत्वपूर्ण है।

वर्तमान में, मेथिलिकरण प्रोफ़ाइल के मात्रात्मक माप के लिए कई तरीके व्यापक हैं। सबसे आम में से एक इलुमिना माइक्रोचिप श्रृंखला है। मैं Illumina 450K Infinium Array चिप विवरण और इसकी मदद से प्राप्त आंकड़ों के विश्लेषण पर अधिक विस्तार से बताऊंगा।

450K चिप लगभग 486,000 CpG साइटों के मिथाइलेशन स्तर को मापता है, कम या ज्यादा समान रूप से पूरे जीनोम में वितरित किया जाता है। चिप के कामकाज के जैविक और रासायनिक विवरणों में जाने के बिना, प्रौद्योगिकी को संक्षेप में निम्नानुसार वर्णित किया जा सकता है। प्रत्येक CpG साइट को दो प्रतिदीप्ति नमूनों का उपयोग करके मापा जाता है। नमूनों का प्रतिदीप्ति संकेत क्रमशः परीक्षण नमूने में मेथिलेटेड और अनमेथिलेटेड CpG साइटों की संख्या के लिए आनुपातिक है। चिप एक बार में 12 जैविक नमूनों का परीक्षण करने की अनुमति देता है।

इसलिए, आउटपुट में हमारे पास मानों की एक तालिका है जिसमें पंक्तियों की संख्या CpG साइटों की संख्या के बराबर है, और स्तंभों की संख्या विश्लेषण किए गए जैविक नमूनों की संख्या के बराबर है। इस क्षण से, जैव सूचना विज्ञान उचित शुरू होता है।

आर भाषा और बायोकॉन्टर लाइब्रेरी का उपयोग करके डेटा का विश्लेषण करने के लिए पाइपलाइन में लगभग निम्नलिखित आइटम हैं (बायोकॉन से संबंधित पैकेज के साथ संकेत दिया गया है):

1. माप स्केल (बीटा या एम मान) का चयन करें। अधिक जानकारी यहाँ ।

2. रंग संतुलन (रंग चैनल संतुलन समायोजन) का समायोजन। कुछ CpG साइटों को एक ही रंग के नमूनों का उपयोग करके मापा जाता है, और कुछ दो का उपयोग करके। प्रत्येक जैविक नमूने में दो नमूनों के संकेतों को सामान्य करके इस समस्या को समाप्त किया जाता है।

3. पृष्ठभूमि सुधार। एक चिप पर जैविक नमूनों के लिए प्रत्येक स्लॉट में एक अलग डिफ़ॉल्ट पृष्ठभूमि होती है। इसलिए, नमूनों के बीच के मूल्यों को बराबर करने के लिए, पृष्ठभूमि सुधार आवश्यक है।

4. नमूने के बीच सामान्यीकरण (नमूना सामान्यीकरण के बीच)। आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले क्वांटाइल नॉर्मलाइजेशन और एसवीएन नॉर्मलाइजेशन ( लुमी पैकेज) हैं।

5. मुख्य घटकों के विश्लेषण का उपयोग करके एक समूह प्रभाव (बैच प्रभाव) के लिए परीक्षण।

6. पीक सुधार ।

7. ComBat और SVA पैकेज का उपयोग करके समूह प्रभाव सुधार।

8. रैखिक मॉडल, क्रमपरिवर्तन या परिकल्पना परीक्षण ( लिम्मा और बहुस्तरीय पैकेज ) के लिए पारंपरिक परीक्षणों का उपयोग करके सांख्यिकीय महत्व के लिए परीक्षण।

9. विभिन्न मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का उपयोग करके डेटा विश्लेषण (मैं सूची नहीं दूंगा, संभावनाओं का एक पूरा महासागर है)।

10. जीन अभिव्यक्ति और एसएनपी (मिथाइलेशन क्वांटिटेटिव ट्रिट सोश ) पर डेटा के साथ सहसंबंध। मैट्रिक्सईक्यूएलएल पैकेज की सिफारिश की जाती है ।

मैं भ्रम के लिए माफी माँगता हूँ - यह सब कुछ एक छोटी समीक्षा लेख में प्रस्तुत करने के प्रयास का परिणाम है। अगर किसी को दिलचस्पी है, तो मैं आर के लिए नमूना कोड के साथ कई और अधिक विस्तृत लेखों में एक पाइपलाइन बनाने की प्रक्रिया का वर्णन करूंगा।