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RnBeads #

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Software

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 #

  1. RnBeads 순서도
    RnBeads 순서도

    <그림1. RnBeads 순서도>


  2. Data import Infinium과 bisulfite sequencing 데이터를 지원할 수 있게 다양한 형태의 input을 넣을 수 있다.

  3. Quality control Infinium 데이터는 IDAT파일부터 quality control를 진행하며 bisulfite sequencing 데이터는 coverage를 이용하여 검사한다.

  4. Preprocessing 프로브와 샘플 필터링을 포함하며 사용자가 정의한 기준을 토대로 필터링이 가능하며, 다양한 normalization(정규화) 방법을 사용한다.

  5. 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.

  6. Covariate inference Option으로 사용할 수 있으며 샘플 covariate 분석을 할 수 있다.

  7. Exploratory analysis 샘플간 메틸레이션의 관계를 계산하여 샘플 클러스터링 결과를 보여준다.

  8. Differential methylation analysis 차등 메틸화 영역을 밝혀 주며 그 외에도 기능 분석을 제공해 준다(GO analysis).

결과 #

RnBeads 결과

<그림2. RnBeads 결과>

  1. 그림 a Preprocessing 단계이후에 유지되거나 제거된 CpG의 메틸레이션 레벨의 전반적인 분포를 보여준다.

  2. 그림 b cell type사이에 메틸레이션의 차이와 유사도를 MDS(Multi-dimensional scaling) plot을 통해 보여준다.

  3. 그림 c 각 cell type별 전체 유전자의 평균값에 해당하는 메틸레이션 레벨을 한눈에 보여준다.

  4. 그림 d DNA 메틸레이션 값을 이용하여 hierarchical 클러스터링과 heatmap을 동시에 보여준다.

  5. 그림 e 유전자별 DNA 메틸레이션 레벨을 scatter plot으로 보여준다.

  6. 그림 f Volcano plot을 통해 유전자 간에 효과적인 사이즈와 통계적인 유의성을 표시한다.

  7. 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

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