hse21_H3K27me3_ZDNA_human

Финальный проект по курсу биоинформатики

Часть 1 : Анализ пиков гистоновой метки

Скачиваем данные

mkdir data ; cd data
wget https://www.encodeproject.org/files/ENCFF291DHI/@@download/ENCFF291DHI.bed.gz
gunzip ENCFF291DHI.bed.gz
cut -f1-5 ENCFF291DHI.bed > H3K27me3_ZDNA.ENCFF291DHI.hg38.bed
wget https://www.encodeproject.org/files/ENCFF695ETB/@@download/ENCFF695ETB.bed.gz
gunzip ENCFF695ETB.bed.gz
cut -f1-5 ENCFF695ETB.bed > H3K27me3_ZDNA.ENCFF695ETB.hg38.bed

Так как версия генома - hg38, то приводим к версии hg19. LiftOver скачан с http://hgdownload.cse.ucsc.edu/admin/exe/macOSX.x86_64/liftOver.

cd ..
wget https://hgdownload.cse.ucsc.edu/goldenpath/hg38/liftOver/hg38ToHg19.over.chain.gz; gunzip  hg38ToHg19.over.chain.gz 
cd data
liftOver H3K27me3_ZDNA.ENCFF291DHI.hg38.bed ../hg38ToHg19.over.chain H3K27me3_ZDNA.ENCFF291DHI.hg19.bed H3K27me3_ZDNA.ENCFF291DHI.unmapped.bed
liftOver H3K27me3_ZDNA.ENCFF695ETB.hg38.bed ../hg38ToHg19.over.chain H3K27me3_ZDNA.ENCFF695ETB.hg19.bed H3K27me3_ZDNA.ENCFF695ETB.unmapped.bed

Строим гистрограммы: скрипт находится в текущем репозитории, дополнительно создаем директорию для сгенерированных гистрограмм

cd .. ; mkdir hists

Количество пиков в H3K27me3_ZDNA.ENCFF291DHI

до конвертации (hg38) : 25268
после конвертации (hg19) : 25232

Количество пиков в H3K27me3_ZDNA.ENCFF695ETB

до конвертации (hg38) : 25814
после конвертации (hg19) : 25775

В качестве порога для фильтрации пиков выбрано значение 500.

После фильтрации

До фильтрации

После фильтрации

До фильтрации

Число пиков после фильтрации:

H3K27me3_ZDNA.ENCFF291DHI 19930
H3K27me3_ZDNA.ENCFF695ETB 24747

Расположение пиков относительно аннотированных генов

Для эксперимента ENCFF291DHI

Для эксперимента ENCFF695ETB

Объединим метки из двух отфильтрованных наборов

cd data
cat  *.filtered.bed  |   sort -k1,1 -k2,2n   |   bedtools merge   >   H3K27me3_ZDNA.merge.hg19.bed

Визуализируем данные в UCSC браузере

Треки:

track visibility=dense name="ENCFF291DHI"  description="H3K27me3_ZDNA.ENCFF291DHI.hg19.filtered.bed"
https://raw.githubusercontent.com/Romanchenko/hse21_H3K27me3_ZDNA_human/main/data/H3K27me3_ZDNA.ENCFF291DHI.hg19.filtered.bed

track visibility=dense name="ENCFF695ETB"  description="H3K27me3_ZDNA.ENCFF695ETB.hg19.filtered.bed"
https://raw.githubusercontent.com/Romanchenko/hse21_H3K27me3_ZDNA_human/main/data/H3K27me3_ZDNA.ENCFF695ETB.hg19.filtered.bed


track visibility=dense name="ChIP_merge"  color=50,50,200   description="H3K27me3_ZDNA.merge.hg19.bed"
https://raw.githubusercontent.com/Romanchenko/hse21_H3K27me3_ZDNA_human/main/data/H3K27me3_ZDNA.merge.hg19.bed

Взглянув на картинку, убеждаемся в корректности работы утилиты merge

Часть 2 : анализ участков вторичной структуры ДНК

Теперь повторим все этапы, кроме фильтрации, для вторичной структуры ДНК.

Скачиваем файл

cd data ; wget https://raw.githubusercontent.com/Nazar1997/DeepZ/master/annotation/DeepZ.bed

Число пиков: 19394

Распределение длин пиков:

Скрипт для определения расположения пиков структуры относительно аннотированного генома взят из пункта для пиков из экспериментов (просто изменены пути).

Часть 3

Пересекаем bed-файлы со структурой ДНК и с метками из экспериментов

intersect  -a DeepZ.bed   -b H3K27me3_ZDNA.merge.hg19.bed > H3K27me3_ZDNA.intersect_with_DeepZ.bed

Число пиков: 837

Распределение длин пиков

Треки для геномного браузера:

track visibility=dense name="DeepZ"  color=0,200,0  description="DeepZ"
https://raw.githubusercontent.com/Romanchenko/hse21_H3K27me3_ZDNA_human/main/data/DeepZ.bed

track visibility=dense name="intersect_with_DeepZ"  color=200,0,0  description="H3K27me3_ZDNA.intersect_with_DeepZ.bed"
https://raw.githubusercontent.com/Romanchenko/hse21_H3K27me3_ZDNA_human/main/data/H3K27me3_ZDNA.intersect_with_DeepZ.bed

Сессия в браузере - http://genome.ucsc.edu/s/Romanchenko/hw_bioinf

Хорошие позиции в браузере

chr1:27,286,914-27,286,985 -- тут есть пересечение с аннотированным геном RefSeq Gene KDF1 https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=KDF1
chr1:166,916,626-166,916,805 -- пересечение с интроном Human Gene ILDR2 https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=ILDR2

Ассоциирование с имеющимися аннотированными генами дало результаты:

всего ассоциаций пиков с генами 332
уникальных генов 248

Результаты GO-анализа

Некоторые наиболее значимые категории

cell proliferation involved in metanephros developmen FDR = 1.66E-02
regulation of resting membrane potential FDR = 2.63E-02
adenylate cyclase-activating dopamine receptor signaling pathway FDR = 3.16E-02