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Tuesday, August 2, 2011

Human DNA methylomes at base resolution show widespread epigenomic difference

전에 포스팅한 논문에서 quality assessment에서 이번 논문의 방식을 따랐는데.. incomplete bisulfite conversion에 의한 putative non-CpG methylation을 구별하고자 binomial test랑 false discovery rate를 이용했는데.. 이거 또 봐야하지 않겠나해서 본다.

abstract를 보자면 처음으로 single-base resolution DNA methylation을 본 논문이란다. 동시에 mRNA, small RNA, histone modification, DNA-protein interaction도 봤단다. 돈 많이 썻다. 두개의 genome(human embryonic stem cell, IMR90 fetal lung fibroblast)의 methylation을 비교했는데 stem cell의 경우 methylation의 1/4 가량이 non-CpG 에서 나타났단다. 엄청나다. 그래서 이것이 아마도 stem cell에서는 완전 다른 methylation mechanism이 있는게 아닐까 한단다. 재밌는건 non-CpG methylation이 gene body 부분에 enrichment되어 있고 protein binding site과 enhancer에는 depletion 되어 있다는 것. 더욱 재미있는건 이와 같은 non-CpG methylation이 differentiation 되면서 잃어가는 반면 induced pluripotent stem cells에서 다시 나타난다는 것.

내용이 재밌어 보이기는 하지만 시간 관계상 일단은 내가 보고자 하는 것만 본다. supplementary information을 보자. 


Data Analysis에 보면 처음에 read의 3단계의 preprocessing 과정과 또 3단계의 post-processing 과정이 나온다. 이건 패스 하고.. 


Identification of methylated cytosines를 보면 내가 찾고자 했던 binomial test에 대해 나온다. 일단은 binomial test1 에 대한 기본적인 내용은 아래 reference를 참조하고.. 이 논문에서는 unmethylated lambda genome을 spiked(이거 직역이 뭔지 모르겠네) 했는데, 이 lambda genome에 align 되는 read를 가지고 error rate(그러니까 unmethylated genome을 BS-Seq 했으니까 read들의 모든 cytosine이 T로 변환되어 있어야 정상인데 그렇지 않은 cytosine 을 전체 cytosine의 갯수로 나누어서 error rate을 구함)를 구하고 이를 binomial distribution B(n,p)의 확률 p로 사용한다. 그리고 n은 각 cytosine position에서의 read depth. 음 여기서 확실하게 이해가 안되는 부분이 있는데.. 여기 표현을 빌리자면 0.01 FDR corrected P-value를 이용해서 methylation 의 threshold를 구하고 methylation 됐다 안됐다를 따지는데..


다시 말하면 B(n,p) n은 각 cytosine position에서의 read depth, p는 위의 error rate. 한 cytosine position에서 cytosine 이라고 sequencing 된 read(k; cytosine이라고 나왔다는 건 conversion이 안됐다는 거고 곧 methylated cytosine을 의미) 의 p-value가 M보다 작아야 하는데 M은 M*(number of unmethylated cytosines) < 0.01*(number of methylated cytosines) 를 만족하는 수. 내가 이해하기로 곧 p-value가 0.01*(# of methylated cytosines)/(# of unmethylated cytosines) 보다 작아야 이를 methylated 됐다고 판단 한다는 것. 이해가 안가는게 바로 이점. 여기서 0.01을 곱했다고 해서 0.01 FDR corrected P-value라고 표현한 것 같은데 이게 이해가 안된다.. 아.. 


아니면 내가 전혀 딴소리 하고 있는건가..




--------------------------------------reference------------------------------------------
1.binomial test : 일단은 두개의 category가 일어날 확률이 비슷하다는 것이 귀무가설일때 사용하는 test 란다. 예를 보자. 주사위를 이용한 보드 게임을 한다고 할때, 235번 주사위를 던져서 51번 6이 나왔을때 과연 이 주사위가 제대로 된거냐(fair dice)? binomial test를 이용해서 이 문제를 해결하기 위해 이항분포 B(235,1/6)을 이용한다. 이 이항분포에서 6이 52 번 이상이 나올 확률을 더한다. 그니까 이항 분포니까 평균이 np 분산이 npq, 곧 235*1/6=39 가 평균, 235*1/6*5/6 이 분산인 정규 분포를 따르게 되고 one-tailed test로 하자면 51을 이상에서의 확률 밀도 함수의 면적이 0.026544 가 나오니까 이는 상당히 significant 하다.. 뭐 이런.. 

Thursday, July 7, 2011

Dynamic changes in the human methylome during differentiation

바로 아래 포스팅도 급하게 method만 봤는데.. DMR을 찾을때의 방법을 정확하게 모르겠어서 다른 논문에서는 어떻게 하는게 찾다가 나온 논문. 생물학적인 의미는 읽지 않은채 거의 method 위주로 읽고 있는데.. 아.. 어쩔수 없다. 다음주 수요일 보건원 발표 때까지 분석 방향을 잡아야 해서.. 어짜피 나중에 다 보게 될거다. 그 때 그때 포스팅 수정하기로 한다.

Wednesday, July 6, 2011

The DNA Methylome of Human Peripheral Blood Mononuclear Cells

예전에 포스팅 했던 논문의 reference 데이터로 사용되었던 BS-Seq 데이터에 대한 논문.
YH project로 아시아 최소 genome sequencing 한 사람의 PBMC(peripheral blood mononuclear cells)의 whole genome BS-Seq을 한 논문으로 CpG methylation pattern과 ASM(allele-specific methylation), ASE(allele-specific expression)에 대해서 조사하였다.

Results
<Data Generation and Quality Assessment>
103.5Gbp paired-end 데이터 생성, 그중 70.4Gbp (68%) 가 genome에 align됨. 2.21Gb genome (haploid part만 고려) 에서 18,962,679 CpG 사이트가 있는데 그중 한쪽 strand 이상 커버한 것이 99.86%, 양쪽 strand 모두 커버한 것이 92.62% (quality score가 14이상인 것들만 고려). 아 그리고 정말 궁금했던 것이 여기서 나오는데.. 어떻게 ASM이라는 걸 detecting 하는걸까 궁금했는데. 



Materials and Methods


<Sample Preparation and Bisulfite Sequencine>
DNA methylation의 strand specificity 때문에 Watson and Crick strand를 합쳐서 6Gbp의 reference를 만들고("original form") C을 T으로 변환한다("alignment form"). read들 역시 conversion 하는데 read가 paired-end 이기 때문에  1.forward read의 cytosine을 thymine으로 변환, 2.reverse read는 G를 A로 변환. 이 변환된 read를 변환된 reference("alignment form")에 align 한다.
unambiguous alignment : 허용 범위 안의 mismatch로 unique alignment된 hit.
Local copy number of a genomic location : 특정 genomic location에 align 된 read의 hit count를 평균한 값. 이때 read는 ambiguous read도 사용. 그러니까 특정 영역의 genome에 align된 read들이 unique mapped된것 뿐만 아니라 ambiguously aligned read도 있으니까 각 read마다 게놈상에 align hit들이 있을텐데 이를 평균한 값. 이게 높다면 redundant alignment가 많다는거고 이 genome 영역은 분석에 사용하기에 적합하지 않다고 판단(이 기준이 1.5). 이 1.5 안넘는 genome의 영역이 2.21Gbp.
potentially methylated site : reference랑 read를 alignment하고 난뒤 "alignment form" 에서 "original form"으로 변환했을때 둘 다 C인 site.


<Estimation of Methylation Level>
methylation의 ascertainment가 sequencing error에 의한 것일수도 있기 때문에 이를 방지 하기 위한 quality threshold를 정해야 하는데 >14 이상이 되니까 non-CpG site의 methylation level이 변화가 없더라. methylation level은 이 >14 이상 read중에 ascertainment read의 percentage.


<Identification of Potential Tissue-Specific Differentially Methylated Regions (tDMR)>
최소 5개 이상의 CpG site를 포함하는 window중 2-fold change 이상의 methylation 차이가 있거나 fisher test p-value가 <1e-20 인 window들을 tDMR이라고 한다. 두 tDMR이 인접해 있을때 ...


<Identification of Haploid Differentially Methylated Regions (hDMR)>
tDMR과 pvalue만 <0.001 이라는 점만 제외하고 같다. 인접한 hDMR은 ...




------------------알아야 할 점----------------------
1.region의 uniqueness를 알기 위해 local copy number를 계산할 때 region영역을 얼마로 잡았는지.
2.FP 공식 이해.
3.coverage depth에서 "could provide 5 different results"의 의미
4.tDMR, hDMR에서 2 fold 만 보는건지 그 이상을 보는건지.
5.tDMR, hDMR의 인접한 DMR을 join하는 기준이 정확히 무엇인지.