面向cfDNA的脑组织和脑部疾病生物标志物识别算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61702555
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    彭小清
  • 依托单位：
    中南大学
  • 学科分类：
    F0213.生物信息计算与数字健康
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Brain hurts, neurodegenerative diseases and other brain diseases are increasingly serious threats to human health, and research on brain diseases has been widely concerned at home and abroad. How to solve the bottlenecks in the detection of early phrase of brain diseases and practical application is a big challenge in the life science research. The died cells of a tissue release DNAs into the blood circulation. It makes possible to identify the tissue source of circulating free DNA (cfDNA) due to the presence of tissue-specific DNA mutations and the methylation pattern, which provide the basis for diagnosis of the tissue-specific disease. To recognize cfDNA of brain and provide guide for brain disease detection, this project will focus on data collection and preprocessing, biomarker identification algorithms of brain and brain disease, and software development based on these algorithms.
脑损伤、神经退行性疾病等脑部疾病正在越来越严重地威胁着人类健康，脑部疾病的研究已经在国内外受到广泛的关注。如何解决脑部疾病的早期检测及实际应用中的瓶颈计算问题，以进一步推进生命科学的发展，是世界各国科技界面临的巨大挑战。组织中死亡的细胞会将DNA释放到血液循环中，由于组织特异性DNA突变以及甲基化模式的存在，使得识别出循环游离DNA(cfDNA)的组织来源成为可能，可为进一步的组织特异性疾病的诊断提供依据。本项目研究将分别针对数据收集及预处理、脑组织的DNA片段生物标志物识别算法、脑部疾病相关的DNA片段生物标志物识别算法、以及面向cfDNA的脑组织和脑部疾病识别算法软件包的开发等四个方面开展研究，旨在识别脑组织的cfDNA以及为脑部疾病检测提供参考。

结项摘要

识别有效的DNA片段生物标志物是基于cfDNA无创诊断的基础。本项目首先通过对包虫DNA的分析，开发了一种基于重复区靶向测序的检测方法检测血浆样本中的包虫源性DNA，该方法实现了对患包虫病病感染的高特异性检测，该技术在包虫病的无创筛查和早期诊断中具有很大的应用潜力。为了解决脑部疾病的早期检测及实际应用中的瓶颈计算问题，本项目重点研究脑组织的DNA片段生物标志物以及脑部疾病相关的DNA片段生物标志物的识别。本项目通过构建同源染色体的甲基化单体型，在甲基化单体型的分辨率下识别和分析组织特异性差异甲基化区域。其次，本项目提出了一种基于k均值聚类和读数甲基化单体型过滤的差异甲基化区域检测方法，该方法为差异甲基化位点检测和差异甲基化区域边界检测提供了一种新思路。然后，为了在没有配对的生物数据的情况下，有效选择合适的差异甲基化区域集合或检测方法，本项目提出了基于甲基化差异大于一定阈值的DMR的长度和CpG位点数，提出三个指标来评价BS-seq数据上的DMR检测方法。通过秩相关分析，这三个指标排序的秩与生物数据富集性排序的秩高度。另外，项目组根据节点与其共享最近邻居的距离，通过引入共享最近邻居数目与最近邻居数目之比来定义边的权值，提出了一种综合了图的结构信息和模块检测的单细胞聚类新方法 (SSNN-Louvain)。总之，该项目针对脑组织的DNA片段生物标志物以及脑部疾病相关的DNA片段生物标志物的识别进行了深入的研究，在理论与方法上取得了较好的研究成果，提出了寻找组织特异性DNA片段生物标志物研究的新思路与新方法。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Identifying the tissues-of-origin of circulating cell-free DNAs is a promising way in noninvasive diagnostics.
识别循环游离 DNA 的组织来源是无创诊断中一种有前途的方法
  • DOI：
    10.1093/bib/bbaa060
  • 发表时间：
    2021-05-20
  • 期刊：
    Briefings in bioinformatics
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Peng, Xiaoqing;Li, Hong-Dong;Wang, Jianxin
  • 通讯作者：
    Wang, Jianxin
A Hybrid Clustering Algorithm for Identifying Cell Types from Single-Cell RNA-Seq Data
用于从单细胞 RNA-Seq 数据中识别细胞类型的混合聚类算法
  • DOI：
    10.3390/genes10020098
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Genes
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Zhu Xiaoshu;Li Hong-Dong;Xu Yunpei;Guo Lilu;Wu Fang-Xiang;Duan Guihua;Wang Jianxin
  • 通讯作者：
    Wang Jianxin
Analysis of Single-Cell RNA-seq Data by Clustering Approaches
通过聚类方法分析单细胞 RNA-seq 数据
  • DOI：
    10.2174/1574893614666181120095038
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    CURRENT BIOINFORMATICS
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Zhu，Xiaoshu;Li，Hong-Dong;Wang，Jianxin
  • 通讯作者：
    Wang，Jianxin
Targeted Sequencing of Genomic Repeat Regions Detects Circulating Cell-free Echinococcus DNA
基因组重复区域的靶向测序可检测循环无细胞棘球绦虫 DNA
  • DOI：
    10.1371/journal.pntd.0008147
  • 发表时间：
    2020-03
  • 期刊：
    PLoS Neglected Tropical Diseases
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Wan Zhengqing;Peng Xiaoqing;Ma Lu;Tian Qingshan;Wu Shizheng;Li Junqi;Ling Jie;Lv Weigang;Ding Binrong;Tan Jieqiong;Zhang Zhuohua
  • 通讯作者：
    Zhang Zhuohua
Single-Cell Clustering Based on Shared Nearest Neighbor and Graph Partitioning
  • DOI：
    10.1007/s12539-019-00357-4
  • 发表时间：
    2020-02-22
  • 期刊：
    INTERDISCIPLINARY SCIENCES-COMPUTATIONAL LIFE SCIENCES
  • 影响因子：
    4.8
  • 作者：
    Zhu, Xiaoshu;Zhang, Jie;Li, Hong-Dong
  • 通讯作者：
    Li, Hong-Dong

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其他文献

从第三极到北极:多年冻土碳循环研究进展
  • DOI：
    10.7522/jissn.1000-0240.2020.0005
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    冰川冻土
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张凤;母梅;范成彦;贾麟;牟翠翠;赵倩;李丽丽;彭小清;张廷军
  • 通讯作者：
    张廷军
黑河流域年冻融指数及其时空变化特征分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    地球科学进展
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    曹斌;张廷军;彭小清;郑雷;牟翠翠;王庆峰
  • 通讯作者：
    王庆峰
从第三极到北极:热喀斯特及其对碳循环影响研究进展
  • DOI：
    10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0006
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    冰川冻土
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    贾麟;范成彦;母梅;陈旭;仲文;尚建国;张凤;李丽丽;彭小清;牟翠翠;张廷军
  • 通讯作者：
    张廷军
祁连山区黑河上游高山多年冻土区活动层季节冻融过程及其影响因素
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    科学通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王庆锋;金会军;张廷军;吴青柏;曹斌;彭小清;王康;李丽丽
  • 通讯作者：
    李丽丽
从第三极到北极:气候与冰冻圈变化及其影响
  • DOI：
    10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0004
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    冰川冻土
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王康;张廷军;牟翠翠;钟歆玥;彭小清;曹斌;鲁蕾;郑雷;吴小丹;刘佳
  • 通讯作者：
    刘佳

其他文献

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相似海外基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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