基于DNA甲基化特征的人类年龄预测模型构建
这是一篇关于衰老,表观遗传学,DNA甲基化,年龄预测模型,知识图谱的论文, 主要内容为衰老是人类生活中自然而渐进的生物过程,受遗传与环境等多种因素的影响。寻求有效的生物标记物以及探索对抗衰老的措施,一直以来都是科学研究的热门领域之一。衰老的重要特征之一便是表观遗传调控发生紊乱。相对于DNA序列的遗传调控,表观遗传调控的过程大多具有可逆性。因此,表观遗传学具有通过外界条件进行靶向干预及治疗相关疾病的广阔前景。通过对衰老过程中表观遗传变化的研究,也可以更好地了解如何延缓衰老。DNA甲基化是一种可以在人群中定量检测的表观遗传标记,其状态发生改变是影响衰老的重要因素。诸多研究已证明基因组甲基化的整体水平伴随着衰老程度的加深而下降。近年来的很多研究表明,一些特定位点的甲基化修饰与人的年龄具有显著相关性。目前已有基于DNA甲基化位点预测人类衰老程度的方法。现有的年龄预测模型都是从甲基化位点出发,在很多情况下,一个位点可能针对多个基因,或多个位点针对一个共同的基因,加之甲基化修饰在基因组上具有一定随机性,因此位点不能直接反应表型相关基因的甲基化状态。基因作为生物功能的基本单位,其在全基因组范围内的甲基化水平是否也会发生与衰老位点类似的变化,或者是否可以直接分析基因甲基化并建立年龄预测模型,目前尚待研究。本研究所用的甲基化检测数据来自GEO数据库,首先应用启动子与其他区域DNA甲基化的统计差异(Statistical difference of DNA Methylation between Promoter and Other Body Region,SIMPO)的算法来表征基因的甲基化特征值,然后结合多种回归方法进行探索,最终建立了包含71个甲基化基因的年龄预测模型。完成模型的建立及优化后,使用独立测试数据集对模型进行测试,并与已发表的基于甲基化位点建立的年龄预测模型进行比较,发现基于甲基化基因建立的模型的年龄预测误差为5.5岁,与传统的基于甲基化位点建立的模型具有可比性。此外,基因功能富集分析结果表明,本研究建立的模型与衰老及发育再生联系更紧密,具有更显著的生物学意义。另一方面,帕金森疾病数据集测试的结果与基于知识图谱的基因功能分析也均显示本研究建立的年龄预测模型与已知的衰老相关疾病具有密切关联,暗示从甲基化的表观调控入手,或有助于预防衰老相关疾病。
450K甲基化芯片数据的扩展算法设计与实现
这是一篇关于表观遗传学,DNA甲基化,预测平台,克罗恩病的论文, 主要内容为表观遗传学的所有组成中DNA甲基化是最重要的一部分,它在基因转录调控和疾病发生和发展等很多方面具有重要意义。通过实验的办法来检测DNA甲基化水平虽然测得数据较为可信,但是在人力财力上面的花费较大。所以,采用数学计算方法对已测得的DNA甲基化数据进行扩展就显得尤为重要和必要。本文的研究内容是针对450K甲基化芯片数据构建了预测模型,在此基础上进行了在线扩展平台的开发,还借此平台对克罗恩病进行了甲基化研究并得到了比较有意义的结果。本文的主要工作如下:450K芯片数据的预测及扩展研究。450K芯片检测覆盖范围只有2%,无法较为全面的对DNA进行甲基化检测。针对这种情况,本文基于全基因组亚硫酸氢钠测序数据和450K甲基化芯片数据,创造性地利用位点局部甲基化相关性和邻近位点相关性进行特征提取并进行训练,得到了预测模型。该模型具有90%的预测正确率,并且将450K甲基化芯片的检测覆盖范围提高到30%。450K甲基化数据在线扩展平台开发。为了减小甲基化相关研究的时间成本和检测成本,本文基于上述预测模型,开发出了一套基于B/S架构的450K芯片数据在线扩展平台。该平台为用户提供了一个方便和快捷的450K数据在线扩展服务,具有较好的实用性和扩展性。克罗恩病的DNA甲基化研究。本文利用上述模型和平台对正常人和患者样本的450K甲基化数据进行了扩展,并利用假设检验对扩展后的数据进行了差异甲基化分析。结果表明,本文得到的差异甲基化位点、差异甲基化基因和相关通路数量都得到了比较大的提升,而且结合上差异表达数据能够更好的确定了与克罗恩病密切相关的基因和通路,这对于克罗恩病发病机理的研究以及诊断和治疗具有重要意义。综上所述,本文设计了一种具有较高正确率的预测模型来实现对450K甲基化芯片数据的扩展,并在此基础上搭建了具有实用性的在线扩展平台。在克罗恩病的甲基化研究中,本文得到了比较有意义的结果同时也验证了预测模型和平台的有效性。
DNA甲基化状态在线预测平台的设计与实现
这是一篇关于DNA甲基化,CpG,预测平台,类风湿性关节炎的论文, 主要内容为表观遗传学是后基因组时代分子生物学前沿的热点领域之一,其研究旨在理解不直接由DNA序列编码的可遗传的基因功能。作为表观遗传学的一大研究内容,DNA甲基化通过对基因表达的调控,在X染色体失活、基因组印迹、衰老以及癌症的发生等方面扮演着重要角色。本论文以人类基因组的Cp G位点为研究对象,提出了结合甲基化芯片数据的DNA甲基化状态预测模型,在此基础上开发了DNA甲基化状态在线预测平台,并将此预测平台应用于类风湿关节炎的DNA甲基化特征研究中,得到了一些有意义的研究结果。本文的研究内容如下:1)构建了预测Cp G位点甲基化状态的预测模型。针对目前的预测方法或者不具有组织特异性预测能力,或者无法广泛应用于现有数据的不足,本文在采用DNA序列特征的基础上,首次提出了融合Infinium Human Methylation 450芯片数据作为特征进行预测模型的设计。该模型不仅获得了比现有方法更好的预测性能,一定程度的量化了Cp G位点的甲基化水平与在相同的组织或细胞类型中的相邻的上游和下游的Cp G位点的相关性,而且还能推广应用于大量疾病数据。2)在甲基化状态预测模型研究的基础上设计并实现DNA甲基化在线预测平台。本文实现了基于J2EE及R运算引擎的DNA甲基化在线预测平台。平台采用B/S体系结构,模块化设计方法,具有良好的可扩展性。用户可通过在线提交待预测数据得到扩展的甲基化模式,并基于该平台实现数据的可视化及多种统计分析。3)利用本文设计的DNA甲基化在线预测平台对类风湿关节炎的DNA甲基化模式进行研究。研究结果表明,本文所构建的预测平台显著的扩大了类风湿关节炎的甲基化图谱,为更好的理解该疾病的甲基化模式提供了更为全面的数据;与基因组学数据以及关联数据研究相结合,可以更好的确定与类风湿关节炎密切相关的信号和通路,挖掘得到的新的相关基因为潜在的药物靶标基因,为发现和设计新的类风湿关节炎药物提供了方向。综上所述,本文提出的预测模型相较于现有的方法具有更高的预测准确性,所设计的预测平台在类风湿关节炎的甲基化特征研究中的应用表明,该平台具有一定的通用性。
450K甲基化芯片数据的扩展算法设计与实现
这是一篇关于表观遗传学,DNA甲基化,预测平台,克罗恩病的论文, 主要内容为表观遗传学的所有组成中DNA甲基化是最重要的一部分,它在基因转录调控和疾病发生和发展等很多方面具有重要意义。通过实验的办法来检测DNA甲基化水平虽然测得数据较为可信,但是在人力财力上面的花费较大。所以,采用数学计算方法对已测得的DNA甲基化数据进行扩展就显得尤为重要和必要。本文的研究内容是针对450K甲基化芯片数据构建了预测模型,在此基础上进行了在线扩展平台的开发,还借此平台对克罗恩病进行了甲基化研究并得到了比较有意义的结果。本文的主要工作如下:450K芯片数据的预测及扩展研究。450K芯片检测覆盖范围只有2%,无法较为全面的对DNA进行甲基化检测。针对这种情况,本文基于全基因组亚硫酸氢钠测序数据和450K甲基化芯片数据,创造性地利用位点局部甲基化相关性和邻近位点相关性进行特征提取并进行训练,得到了预测模型。该模型具有90%的预测正确率,并且将450K甲基化芯片的检测覆盖范围提高到30%。450K甲基化数据在线扩展平台开发。为了减小甲基化相关研究的时间成本和检测成本,本文基于上述预测模型,开发出了一套基于B/S架构的450K芯片数据在线扩展平台。该平台为用户提供了一个方便和快捷的450K数据在线扩展服务,具有较好的实用性和扩展性。克罗恩病的DNA甲基化研究。本文利用上述模型和平台对正常人和患者样本的450K甲基化数据进行了扩展,并利用假设检验对扩展后的数据进行了差异甲基化分析。结果表明,本文得到的差异甲基化位点、差异甲基化基因和相关通路数量都得到了比较大的提升,而且结合上差异表达数据能够更好的确定了与克罗恩病密切相关的基因和通路,这对于克罗恩病发病机理的研究以及诊断和治疗具有重要意义。综上所述,本文设计了一种具有较高正确率的预测模型来实现对450K甲基化芯片数据的扩展,并在此基础上搭建了具有实用性的在线扩展平台。在克罗恩病的甲基化研究中,本文得到了比较有意义的结果同时也验证了预测模型和平台的有效性。
中国林蛙冬眠期体内甲基汞输入途径研究及DNA甲基化水平初探
这是一篇关于中国林蛙,甲基汞,输入途径,微宇宙,DNA甲基化的论文, 主要内容为甲基汞是一种具有神经毒性的污染物,可以沿着动物食物链的传递进入其体内,并通过生物体对毒物的富集和放大作用在动物体内积累。这是已被证明的事实,而中国林蛙能否从其生境环境中吸收富集甲基汞是本文研究的目地。应用室内微宇宙装置模拟中国林蛙(Rana Chensinensis)冬季在河边栖息以及冬眠的生境,进行甲基汞染毒实验,探讨林蛙对甲基汞的富集和生物放大效应;并通过采集吉林省桦甸金矿开采区附近河流两侧冬眠后的林蛙做对比实验,验证室内实验结论的可靠性。 室内实验分两个染毒浓度梯度组:0.01μg﹒L-1和0.03μg﹒L-1,每天在水中加入一定量的甲基汞,取样测定林蛙几个部位(皮肤、肌肉、内脏和脑)的甲基汞含量,同时测定底泥中的甲基汞含量,并计算甲基汞的生物富集系数。室内实验结果表明:随着染毒天数的增加,甲基汞的富集量增加,到达峰值后,迅速下降,在实验后期缓慢出现抬升的趋势,反映了林蛙对甲基汞的应急和解毒反应以及对甲基汞的累积效应;林蛙脑干中甲基汞含量最高,皮肤中含量最低,印证了甲基汞易富集在脑中以及皮肤是甲基汞传输途径的推断;水体中的甲基汞是林蛙体内甲基汞含量的主要来源。野外采集了距金矿不同距离的三个地方的林蛙,每个地方采集林蛙10-11只,分为皮肤、内脏、肌肉和脑,进行体内甲基汞含量的测定,也同时测定生境中水和底泥中的甲基汞含量。实验证明:金矿污染地区的林蛙体内也同样存在对甲基汞的富集趋势,输入途径是经过底泥和水体的富集,再由林蛙皮肤渗透而进入的。 为探讨甲基汞中毒对林蛙DNA的影响,测定了金矿污染区与非金矿污染区中国林蛙肌肉的DNA甲基化率。采用不同地区的林蛙样品,提取肌肉DNA后,用高效液相色谱测量其DNA甲基化率。实验结果表明:甲基汞可使中国林蛙的DNA甲基化率有不同程度的降低。降低的程度与受污染的程度有一定关系。
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