DNA甲基化状态在线预测平台的设计与实现

摘要

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CpG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CpG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 HumanMethylation450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CpG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CpG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。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 DNA甲基化数据分析国内外发展现状

1.3 本文研究的具体工作内容

1.4 章节安排

第二章CpG位点甲基化倾向性的预测研究

2.1 研究概述

2.1 实验数据描述

2.2 特征描述

2.3 主元分析法

2.4 预测算法研究

2.5 预测结果及分析

2.6 本章小结

第三章 DNA甲基化状态在线预测平台

3.1 在线预测平台相关技术

3.2 在线预测平台的设计

3.3 在线预测平台实现方案

3.4 在线预测平台结果展示

3.5 在线预测平台性能分析

3.6 在线预测平台预测性能与EpiGRAPH的比较

3.7 本章小结

第四章 预测平台在类风湿关节炎基因研究中的应用

4.1 研究概述

4.2 差异甲基化分析

4.3 类风湿关节炎相关基因研究

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间所发表的学术论文