生物信息學/甲基化芯片

背景介紹

甲基化是基因組 DNA 的一種主要的表觀遺傳修飾形式，與人類的癌症、衰老、老年痴呆等許多疾病密切相關，Illumina 甲基化芯片是有效的甲基化高通量篩選技術，可捕捉到單個鹼基的甲基化變化。

該芯片不僅實現基因區域和 CpG 島的全面覆蓋，還包括 CpG 島之外的甲基化位點，在人類幹細胞中鑑定出了非 CpG 甲基化位點、miRNA 啟動子區域以及腫瘤和正常組織中差異表達的甲基化位點等。

Illumina Human Methylation 450K BeadChip芯片可檢測人全基因組近450,000個甲基化位點，具有單鹼基的分辨率。全面覆蓋了96%的CpG島，並根據需求加入了CpG島以外的CpG位點、人類幹細胞非 CpG甲基化位點、正常組織與腫瘤（多種癌症）組織差異甲基化位點、編碼區以外的CpG島、miRNA 啟動子區域和GWAS疾病相關區域的位點，同時覆蓋了Human Methylation27 BeadChip的90%的位 點。

1. A探針（非甲基化）的數目U
2. B探針（甲基化）的數目M
3. β值或者m值
4. β值反映了能夠和給定被甲基化的序列匹配的寡核苷酸的比率，序列中的甲基化率
5. M值可以消除探針不同而造成的影響

$\beta ={\frac {M}{M+U+100}},M=\log {\frac {\beta }{1-\beta }}$

甲基化公開數據

1. GEO：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/

2. TCGA、EBI等其它網站

甲基化分析軟件（R語言擴展包）

預處理

• HumMeth27QCReport：用於HumanMethylation27k芯片的質控和標準化，後續分析與450k芯片相同。
• minfi：用於分析和可視化 Illumina Infinium 甲基化陣列的工具。

數據補全

• impute：芯片數據缺失值填補

甲基化位點注釋

• IlluminaHumanMethylation450kmanifest：450k注釋包
• IlluminaHumanMethylation450kanno.ilmn12.hg19：450k注釋包

甲基化位點差異分析

• wateRmelon：15 種beta值和三個性能指標，以及由methylumi 和 minfi 包生成的對象的方法。

綜合流程

• ChAMP：用於HumanMethylation27k，HumanMethylation450k，HumanMethylation850k芯片的idat格式的原始數據分析流程，綜合了多個經典的甲基化分析R包。也可用於EPIC芯片的分析。

甲基化驅動基因

MethylMix：鑑定甲基化驅動的癌症基因（Identifying methylation driven cancer genes）

甲基化免疫細胞浸潤模式

免疫細胞浸潤是指免疫細胞從血液中移向組織，開始發揮它的作用，可以從組織中分離出的浸潤免疫細胞。 腫瘤中免疫細胞的浸潤與臨床結果密切相關，腫瘤中浸潤的免疫細胞最有可能作為藥物靶標來提高患者的生存率。

簡稱	全稱	中文
B	B cells	B細胞
NK	NK Natural killer cells	自然殺傷細胞
CD4T	CD4+ T cells	CD4+ T細胞
CD8T	CD8+ T cells	CD8+ T細胞
Mono	Monocytes	單核細胞
Gran	Granulocytes	粒細胞
Neutro	Neutrophils	中性粒細胞
Eosino	Eosinophils	嗜酸性粒細胞

EpiDISH：是一個 R 包，用於推斷樣本中存在的先驗已知細胞亞型的比例，代表此類細胞類型的混合物，包括 8 種細胞亞型（B 細胞、CD4+ T 細胞、CD8+ T 細胞、NK 細胞、單核細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和粒細胞。請注意，粒細胞由中性粒細胞和嗜酸性粒細胞組成）的一種參考。 該參考數據集基於 450k DNAm 陣列； 但是，它可以直接用於 450k 和 EPIC 陣列數據。

甲基化富集分析

methylGSA：methylGSA 的主要功能是 methylglm 和 methylRRA。 甲基 GSA 實施邏輯回歸調整探針數量作為協變量。 methylRRA 通過 Robust Rank Aggregation 調整每個基因的多個 p 值。

甲基化在線分析工具

注釋工具

wANNOVAR：https://wannovar.wglab.org/

wANNOVAR格式示例如下：

Chr	Start	End	Ref	Alt
chr1	25257191	25258236	0	0
chr1	2397201	2397977	0	0
chr6	31938372	31939112	0	0

wANNOVAR輸出格式示例

Chr	Start	End	Ref	Alt	Func	Gene
chr1	25257191	25258236	0	0	intronic	RUNX3
chr1	2397201	2397977	0	0	ncRNA_intronic	CD81-AS1
chr6	31938372	31939112	0	0	exonic	DXO

包含甲基化分析的綜合在線工具

• OncoDB：https://oncodb.org/index.html
• SMART（TCGA甲基化分析工具）：http://www.bioinfo-zs.com/smartapp/
• DiseaseMeth version 3.0（甲基化與GEO疾病、TCGA數據）：http://diseasemeth.edbc.org/
• MethHC（TCGA甲基化）：https://awi.cuhk.edu.cn/~MethHC/methhc_2020/php/index.php
• MEXPRESS（TCGA甲基化可視化）：https://mexpress.be/