基于新一代测序数据的肿瘤纯度及倍体动态预测方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61571341
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0124.生物电子学与生物信息处理
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Predicting tumor purity and ploidy is critical for efficient analysis of DNA variations and detection of disease genes. The central point is to infer the number of heterogeneous tumor cell populations, fraction of each population and its related ploidy from DNA signals of a tumor sample. Most of the existing approaches have the assumption that tumor cells are homogeneous or heterogeneous but with the number of heterogeneous tumor cell groups being known and fixed, and take no consideration on correlation between tumor heterogeneity and tumor ploidy. Though simplify computation, they are not suitable for the more general situation of the number of heterogeneous cell groups being unknown and uncertain and the degree of tumor heterogeneity being varying from sample to sample. This seriously influences their prediction power. In this project, we study methodology for accurately predicting the number of heterogeneous tumor cell populations, the fraction of each population and its related ploidy from next-generation DNA sequencing data, aiming at high prediction accuracy for the general situation. Based on in-depth feature exploration of sequencing reads, valid observation extraction of somatic mutations and copy number alterations and suitable clustering of these signals, we establish an inherent-relation model for the correlation between tumor purity and ploidy using somatic copy number alterations; further, based on the model, we create a dynamic prediction scheme driven by the uncertainty of tumor heterogeneity: starting from the integrating of tumor cells, tumor cell populations are gradually decomposed until to some stable state, where the stable state automatically issues the answer: the number of heterogeneous tumor cell populations, fraction of each population and its related ploidy. The project will provide a new method and platform for tumor DNA variation analysis and cancer ploidy detection, and further support the understanding of tumor evolution and the prediction of cancers.
预测肿瘤纯度及倍体是有效分析DNA变异并检测致病基因的关键,其核心问题是如何利用DNA信号推断肿瘤异质成分的数量、成分及相关倍体。现有方法多假定肿瘤细胞成分单一或数量确定,且不考虑肿瘤异质成分与倍体间存在的关联关系,尽管简化了计算,却不符合肿瘤成分数量未知且不确定、样本间异质程度不一致的一般情况,极大限制了高度异质肿瘤的纯度及倍体预测能力。本项目以新一代DNA测序数据为背景,研究一般情况下肿瘤异质成分及倍体的高精度预测。在探索测序读段特征、提取有效的可观察的体细胞突变及拷贝数变异并合理分层的基础上,建立以体细胞拷贝数变异为引导的肿瘤纯度与倍体关联模型,构造以异质成分不确定性为驱动的动态预测方法:以肿瘤细胞整体为起点、通过不断分解肿瘤细胞群体至稳定状态,从而自动给出肿瘤异质成分的数量、成分及倍体的准确预测,为肿瘤DNA变异分析和癌症倍体检测提供新方法和平台,为认识肿瘤进化和预测癌症提供支持。

结项摘要

肿瘤测序样本是肿瘤细胞和正常细胞的混合体,而且肿瘤细胞存在极大的异质性和不一致性,若不经过处理而直接拿来做肿瘤研究,会直接影响基因组变异分析的质量,甚至会误导癌症机理的认识、癌症生物靶点的识别和生物药物的研发。因此,对肿瘤样本进行纯化、去异质化,使所获得的基因组信息是高纯度的肿瘤成分和倍体,对于从源头上准确把握癌症机理研究有重要意义。本项目基于新一代DNA测序数据,研究肿瘤异质成分及倍体的高精度预测方法。在探索测序读段特征、提取有效的可观察的体细胞突变及拷贝数变异并合理分层的基础上,建立以体细胞拷贝数变异为引导的肿瘤纯度与倍体关联模型,构造以异质成分不确定性为驱动的动态预测方法:以肿瘤细胞整体为起点、通过不断分解肿瘤细胞群体至稳定状态,从而实现肿瘤异质成分及倍体的综合预测。本项目研究的重要结果包括:(1)建立了一种面向新一代测序技术的综合性仿真理论、算法及软件平台;(2)建立了一种面向新一代测序数据的多样本拷贝数变异模式检测算法;(3)建立了一种基于单样本的肿瘤拷贝数变异及缺失类型检测方法;(4)建立了一种基于孤立森林和全变分的拷贝数变异及肿瘤纯度检测方法;(5)建立了一种基于动态模型的肿瘤样本的纯度和绝对拷贝数推断的方法,能够实现肿瘤纯度及倍体的综合预测;(6)构建了一套从原始测序数据到基因组变异类型检测、靶向药物定位的平台。本项目研究成果为癌症机理研究提供技术支持,对于癌症精诊断具有潜在应用价值。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Prediction of Cancer-Associated piRNA-mRNA and piRNA-lncRNA Interactions by Integrated Analysis of Expression and Sequence Data
通过表达和序列数据的综合分析预测癌症相关的 piRNA-mRNA 和 piRNA-lncRNA 相互作用
  • DOI:
    10.26599/tst.2018.9010056
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Tsinghua Science and Technology
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Liu Yajun;Zhang Junying;Li Aimin;Liu Zhaowen;He Zhongzhen;Yuan Xiguo;Tuo Shouheng
  • 通讯作者:
    Tuo Shouheng
A new differential evolution algorithm for solving multimodal optimization problems with high dimensionality
一种求解高维多模态优化问题的新型差分进化算法
  • DOI:
    10.1007/s00500-017-2632-5
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Soft Computing
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Tuo Shouheng;Zhang Junying;Yuan Xiguo;Yong Longquan
  • 通讯作者:
    Yong Longquan
Analysis of breast cancer subtypes by AP-ISA biclustering
AP-ISA 双聚类分析乳腺癌亚型
  • DOI:
    10.1186/s12859-017-1926-z
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    BMC BIOINFORMATICS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Yang Liying;Shen Yunyan;Yuan Xiguo;Zhang Junying;Wei Jianhua
  • 通讯作者:
    Wei Jianhua
SM-RCNV: a statistical method to detect recurrent copy number variations in sequenced samples
SM-RCNV:一种检测测序样本中反复出现的拷贝数变异的统计方法
  • DOI:
    10.1007/s13258-019-00788-9
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    GENES & GENOMICS
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Li, Yaoyao;Yuan, Xiguo;Jiang, Shan
  • 通讯作者:
    Jiang, Shan
IntSIM: An Integrated Simulator of Next-Generation Sequencing Data
IntSIM:下一代测序数据的集成模拟器
  • DOI:
    10.1109/tbme.2016.2560939
  • 发表时间:
    2017-02-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yuan, Xiguo;Zhang, Junying;Yang, Liying
  • 通讯作者:
    Yang, Liying

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其他文献

一种基于稀疏表示系数的特征相关性测度
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    模式识别与人工智能
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    耿耀君;张军英;袁细国
  • 通讯作者:
    袁细国

其他文献

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袁细国的其他基金

癌症体细胞拷贝数变异功能模式的鉴定方法与应用研究
  • 批准号:
    61201312
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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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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