学徒任务-探索DNA甲基化的组织特异性

表观调控领域关于DNA甲基化的研究绝对是一个热点，尤其是有那么多的技术，WGBS,RRBS,450K/850K芯片。早在2014年发表在Genome Biology 的文章：DNA methylome profiling of human tissues identifies global and tissue-specific methylation patterns 就设计实验系统性探索了 DNA甲基化的组织特异性。

该课题的实验设计是，从4个尸体解剖的人身上提取17种不同的组织部位去做450K甲基化芯片数据，在 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE50192 所以是17*4=68个芯片数据，不知道为什么上面是70个，可能是有两个样品测了两次吧。该数据是以 GSE50192_GPL13534_Matrix_signal_intensities_raw_data.txt.gz 形式公开，不过也有 https://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/geo/series/GSE50nnn/GSE50192/matrix/GSE50192_series_matrix.txt.gz 文件，非常方便处理。关于 Illumina Infinium HumanMethylation450 BeadChip芯片的数据处理见文末。

这4个尸体解剖的人死亡原因分别是；

  • intracerebral hemorrhage (BM419/4; female, 60 years old),
  • heart attack with acute cardiac insufficiency (KA522; male, 53 years old),
  • heart attack (KT538; male, 40 years old),
  • intracerebral hemorrhage (SJ600-5; male, 54 years old).

我推测研究者肯定是拿全部的45万个甲基化位点的信号值计算相关性，所以结论是The methylation patterns were found to be well conserved between the 17 various tissues that were studied。如下：

甲基化芯片相关性

另外很重要的结论是：

  • only 2.2% of all the CpGs (10,707 CpGs representing 4,416 genes) were hypermethylated in all of the samples (beta values >0.9).
  • On the other hand, 14.9% of CpGs (72,444 CpGs representing 12,604 genes) were hypomethylated in all of the samples (beta values <0.1).

然后作者就探索这样的甲基化位点所在的基因功能区域分布情况，已经上面的基因功能。

然后采用一对多的差异分析策略，去分别独立探索每个组织与所有的其它组织的tissue-specific differentially methylated regions (tDMRs) ，得到的数量分布如下：

组织特异性的tDMRs数量

学徒作业：根据文末的甲基化教程目录以及教学视频，下载这个GSE50192数据集，并且把甲基化位点注释后区分开来，独立绘制甲基化信号值热图。因为位于基因组不同功能区域的甲基化探针信号值代表的生物学意义不一样，包括5’ UTR, first exon, gene body, 3’ UTR, CpG island, CpG shore, CpG shelf，这些注释，都是在厂商提供注释文件信息里面。

甲基化教程目录

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《甲基化芯片（450K或者850K）数据处理 》

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