生物信息学/甲基化芯片

背景介绍

甲基化是基因组 DNA 的一种主要的表观遗传修饰形式，与人类的癌症、衰老、老年痴呆等许多疾病密切相关，Illumina 甲基化芯片是有效的甲基化高通量筛选技术，可捕捉到单个碱基的甲基化变化。

该芯片不仅实现基因区域和 CpG 岛的全面覆盖，还包括 CpG 岛之外的甲基化位点，在人类干细胞中鉴定出了非 CpG 甲基化位点、miRNA 启动子区域以及肿瘤和正常组织中差异表达的甲基化位点等。

Illumina Human Methylation 450K BeadChip芯片可检测人全基因组近450,000个甲基化位点，具有单碱基的分辨率。全面覆盖了96%的CpG岛，并根据需求加入了CpG岛以外的CpG位点、人类干细胞非 CpG甲基化位点、正常组织与肿瘤（多种癌症）组织差异甲基化位点、编码区以外的CpG岛、miRNA 启动子区域和GWAS疾病相关区域的位点，同时覆盖了Human Methylation27 BeadChip的90%的位 点。

1. A探针（非甲基化）的数目U
2. B探针（甲基化）的数目M
3. β值或者m值
4. β值反映了能够和给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值可以消除探针不同而造成的影响

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

甲基化公开数据

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

2. TCGA、EBI等其它网站

甲基化分析软件（R语言扩展包）

预处理

• HumMeth27QCReport：用于HumanMethylation27k芯片的质控和标准化，后续分析与450k芯片相同。
• minfi：用于分析和可视化 Illumina Infinium 甲基化阵列的工具。

数据补全

• impute：芯片数据缺失值填补

甲基化位点注释

• IlluminaHumanMethylation450kmanifest：450k注释包
• IlluminaHumanMethylation450kanno.ilmn12.hg19：450k注释包

甲基化位点差异分析

• wateRmelon：15 种beta值和三个性能指标，以及由methylumi 和 minfi 包生成的对象的方法。

综合流程

• ChAMP：用于HumanMethylation27k，HumanMethylation450k，HumanMethylation850k芯片的idat格式的原始数据分析流程，综合了多个经典的甲基化分析R包。也可用于EPIC芯片的分析。

甲基化驱动基因

MethylMix：鉴定甲基化驱动的癌症基因（Identifying methylation driven cancer genes）

甲基化免疫细胞浸润模式

免疫细胞浸润是指免疫细胞从血液中移向组织，开始发挥它的作用，可以从组织中分离出的浸润免疫细胞。 肿瘤中免疫细胞的浸润与临床结果密切相关，肿瘤中浸润的免疫细胞最有可能作为药物靶标来提高患者的生存率。

简称	全称	中文
B	B cells	B细胞
NK	NK Natural killer cells	自然杀伤细胞
CD4T	CD4+ T cells	CD4+ T细胞
CD8T	CD8+ T cells	CD8+ T细胞
Mono	Monocytes	单核细胞
Gran	Granulocytes	粒细胞
Neutro	Neutrophils	中性粒细胞
Eosino	Eosinophils	嗜酸性粒细胞

EpiDISH：是一个 R 包，用于推断样本中存在的先验已知细胞亚型的比例，代表此类细胞类型的混合物，包括 8 种细胞亚型（B 细胞、CD4+ T 细胞、CD8+ T 细胞、NK 细胞、单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和粒细胞。请注意，粒细胞由中性粒细胞和嗜酸性粒细胞组成）的一种参考。 该参考数据集基于 450k DNAm 阵列； 但是，它可以直接用于 450k 和 EPIC 阵列数据。

甲基化富集分析

methylGSA：methylGSA 的主要功能是 methylglm 和 methylRRA。 甲基 GSA 实施逻辑回归调整探针数量作为协变量。 methylRRA 通过 Robust Rank Aggregation 调整每个基因的多个 p 值。

甲基化在线分析工具

注释工具

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输出格式示例

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

包含甲基化分析的综合在线工具

• 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（甲基化与GEO疾病、TCGA数据）：http://diseasemeth.edbc.org/
• MethHC（TCGA甲基化）：https://awi.cuhk.edu.cn/~MethHC/methhc_2020/php/index.php
• MEXPRESS（TCGA甲基化可视化）：https://mexpress.be/