RnBeads
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1.DNA 메틸화(DNA methylation)란? #
DNA 메틸화는 5번째 염기의 사이토신에 메틸기가 붙어서 메틸사이토신으로 변화하는 것을 말한다. 프로모터 영역에서 DNA 메틸화가 일어나면 유전자 발현이 억제 된다고 알려져있다. 또한 DNA 메틸화는 정상세포의 발달에 중요한 역할을 하며 X chromosome inactivation, imprinting gene, 노화, 그리고 암의 진행과 관련이 있다.
2.RnBeads란? #
RnBeads는 유전체 전반의 single CpG resolution을 포함하는 메틸레이션 데이터를 분석하는 R 패키지이다. Infinium 450k microarray, Whole Genome Bisulfite Sequencing(WGBS), Reduced Represented Bisulfite Sequencing(RRBS)등과 같은 메틸레이션 플랫폼을 지원해 준다. 다양한 플랫폼의 대용량 DNA methylation 데이터를 사용자 편의성에 중점을 두고 분석 할 수 있는 패키지이다.
논문 #
Assenov Y, Mueller F, Lutsik P, Walter J, Lengauer T and Bock C (2014). “Compehensive Analysis of DNA Methylation Data with RnBeads.” Nature Methods, 11(11), pp. 1138–1140.
RnBeads 설치 #
RnBeads는 아래와 같이 R 패키지를 이용하여 간단하게 설치할 수 있으며, 예를 들어 인간의 유전체 hg38을 사용하기 위해서 아래와 같은 명령어로 간단하게 설치할 수 있다.
source("http://bioconductor.org/biocLite.R")
biocLite(c("RnBeads", "RnBeads.hg38 "))
RnBeads 사용법 #
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RnBeads 순서도
<그림1. RnBeads 순서도>
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Data import Infinium과 bisulfite sequencing 데이터를 지원할 수 있게 다양한 형태의 input을 넣을 수 있다.
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Quality control Infinium 데이터는 IDAT파일부터 quality control를 진행하며 bisulfite sequencing 데이터는 coverage를 이용하여 검사한다.
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Preprocessing 프로브와 샘플 필터링을 포함하며 사용자가 정의한 기준을 토대로 필터링이 가능하며, 다양한 normalization(정규화) 방법을 사용한다.
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Track and Table 메틸레이션 프로파일링 데이터를 다양한 형태(bed, Bigbed, Bigwig)로 export 할 수 있으며 hub track을 사용하여 genome browser로 결과를 보여 줄 수 있다.
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Covariate inference Option으로 사용할 수 있으며 샘플 covariate 분석을 할 수 있다.
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Exploratory analysis 샘플간 메틸레이션의 관계를 계산하여 샘플 클러스터링 결과를 보여준다.
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Differential methylation analysis 차등 메틸화 영역을 밝혀 주며 그 외에도 기능 분석을 제공해 준다(GO analysis).
결과 #
<그림2. RnBeads 결과>
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그림 a Preprocessing 단계이후에 유지되거나 제거된 CpG의 메틸레이션 레벨의 전반적인 분포를 보여준다.
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그림 b cell type사이에 메틸레이션의 차이와 유사도를 MDS(Multi-dimensional scaling) plot을 통해 보여준다.
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그림 c 각 cell type별 전체 유전자의 평균값에 해당하는 메틸레이션 레벨을 한눈에 보여준다.
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그림 d DNA 메틸레이션 값을 이용하여 hierarchical 클러스터링과 heatmap을 동시에 보여준다.
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그림 e 유전자별 DNA 메틸레이션 레벨을 scatter plot으로 보여준다.
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그림 f Volcano plot을 통해 유전자 간에 효과적인 사이즈와 통계적인 유의성을 표시한다.
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그림 g 특정 유전자의 영역의 DNA 메틸레이션 프로파일을 보여준다.
참고문헌 #
https://bioconductor.org/packages/devel/bioc/vignettes/RnBeads/inst/doc/Rnbeads.pdf
https://bioconductor.org/packages/release/bioc/manuals/RnBeads/man/RnBeads.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/DNA_methylation