基于dRRBS技術(shù)的精液DNA甲基化年齡預(yù)測(cè)：全基因組標(biāo)記鑒定和模型開發(fā)
DNA甲基化（DNAm）在特定CpG位點(diǎn)上的5-甲基胞嘧啶（5mC）比例隨年齡而顯著變化，因此DNA甲基化是法醫(yī)學(xué)中估計(jì)個(gè)體年齡的關(guān)鍵分子標(biāo)記，然而，基于年齡相關(guān)CpG位點(diǎn)（AR-CpG）DNA甲基化標(biāo)記的年齡預(yù)測(cè)模型在不同細(xì)胞類型和組織中的表現(xiàn)不一致，尤其是精子發(fā)生過(guò)程中獨(dú)特的甲基化模式，導(dǎo)致體細(xì)胞模型在精液中的表現(xiàn)不佳。同時(shí)目前的研究受到甲基化芯片覆蓋范圍有限的限制，因此，迫切需要鑒定和驗(yàn)證精液特異性的AR-CpG標(biāo)記。
近日，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系黃代新教授團(tuán)隊(duì)利用雙酶切簡(jiǎn)化基因組亞硫酸鹽測(cè)序（dRRBS）鑒定出新的精液特異性年齡相關(guān)CpG（AR-CpG）位點(diǎn)，并通過(guò)亞硫酸鹽擴(kuò)增測(cè)序（BSAS）驗(yàn)證這些標(biāo)記，再結(jié)合先前報(bào)道的位點(diǎn)和鄰近CpG位點(diǎn)，以開發(fā)穩(wěn)健的年齡估計(jì)模型。相關(guān)研究成果以“DNA methylation-based age estimation from semen: Genome-wide marker identification and model development”為題發(fā)表在《Forensic Science International: Genetics》期刊。
本研究對(duì)21名健康中國(guó)男性（分為三個(gè)年齡組）的精液樣本進(jìn)行了全甲基化組關(guān)聯(lián)研究，每個(gè)樣本生成了超4M CpG位點(diǎn)（深度≥5×）。對(duì)721840個(gè)共有CpG位點(diǎn)的分析顯示，超95%的位點(diǎn)未被傳統(tǒng)甲基化芯片覆蓋。差異甲基化和相關(guān)性分析鑒定出139個(gè)AR-CpG位點(diǎn)，并采用基于多重PCR的BSAS兩階段驗(yàn)證過(guò)程。第一階段，對(duì)dRRBS鑒定的129個(gè)精液樣本（22-64歲）中前47個(gè)AR-CpG位點(diǎn)、26個(gè)文獻(xiàn)報(bào)道的位點(diǎn)和242個(gè)鄰近CpG位點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了31個(gè)dRRBS、26個(gè)文獻(xiàn)報(bào)道的和152個(gè)鄰近CpG位點(diǎn)與年齡相關(guān)。第二階段，在247個(gè)樣本（22-67歲）中檢驗(yàn)了154個(gè)CpG位點(diǎn)，確認(rèn)了71個(gè)AR-CpG位點(diǎn)（|rho| > 0.50）。其中，chr2:129071885（cg19998819）作為最強(qiáng)年齡相關(guān)標(biāo)記（rho = 0.81）脫穎而出。利用第二個(gè)BSAS數(shù)據(jù)集，研究在重復(fù)嵌套交叉驗(yàn)證（CV）框架內(nèi)開發(fā)了基于多元線性回歸和隨機(jī)森林（RF）算法的年齡估計(jì)模型。RF模型在5-25個(gè)CpG特征子集上表現(xiàn)出更高的準(zhǔn)確性。優(yōu)化的9-CpG RF模型平均均方根誤差為4.73年（4.62-4.96，SD=0.10），平均絕對(duì)誤差為3.30年（3.23-3.43，SD=0.06）。本研究表明dRRBS在大規(guī)模AR-CpG發(fā)現(xiàn)中的實(shí)用性，并為法醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了一個(gè)穩(wěn)健的年齡估計(jì)模型和一個(gè)全面的精液特異性AR-CpG位點(diǎn)參考數(shù)據(jù)庫(kù)。
研究方法
1) 樣本收集：精液樣本來(lái)自兩組健康中國(guó)男性志愿者，一組用于標(biāo)記鑒定，另一組用于標(biāo)記驗(yàn)證和模型開發(fā)。
2) AR-CpG位點(diǎn)的識(shí)別：使用dRRBS技術(shù)對(duì)發(fā)現(xiàn)隊(duì)列的精液樣本進(jìn)行全基因組AR-CpG位點(diǎn)鑒定。
3) 候選AR-CpG位點(diǎn)的選擇：基于dRRBS鑒定的AR-CpG位點(diǎn)和文獻(xiàn)中報(bào)道的位點(diǎn)，選擇前50個(gè)AR-CpG位點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。
4) 候選AR-CpG位點(diǎn)的驗(yàn)證：通過(guò)BSAS進(jìn)行兩階段驗(yàn)證過(guò)程，定量檢測(cè)候選位點(diǎn)及其鄰近CpG位點(diǎn)的甲基化水平。
5) 統(tǒng)計(jì)分析和年齡估計(jì)建模：使用嵌套交叉驗(yàn)證（CV）框架開發(fā)年齡估計(jì)模型，包括多重線性回歸（MLR）和隨機(jī)森林（RF）算法。
結(jié)果圖形
圖1：研究流程圖
圖2：dRRBS鑒定精液中的AR-CpG位點(diǎn)
圖3：BSAS驗(yàn)證候選年齡相關(guān)CpG位點(diǎn)
易小結(jié)：研究亮點(diǎn)
Li Y, Liu X, Chen M, Yi S, He X, Xiao C, Huang D. DNA methylation-based age estimation from semen: Genome-wide marker identification and model development. Forensic Sci Int Genet. 2024 Dec 25;76:103215. pii: S1872-4973(24)00211-4. doi: 10.1016/j.fsigen.2024.103215. PubMed PMID: 39752798.
近日，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系黃代新教授團(tuán)隊(duì)利用雙酶切簡(jiǎn)化基因組亞硫酸鹽測(cè)序（dRRBS）鑒定出新的精液特異性年齡相關(guān)CpG（AR-CpG）位點(diǎn)，并通過(guò)亞硫酸鹽擴(kuò)增測(cè)序（BSAS）驗(yàn)證這些標(biāo)記，再結(jié)合先前報(bào)道的位點(diǎn)和鄰近CpG位點(diǎn)，以開發(fā)穩(wěn)健的年齡估計(jì)模型。相關(guān)研究成果以“DNA methylation-based age estimation from semen: Genome-wide marker identification and model development”為題發(fā)表在《Forensic Science International: Genetics》期刊。
本研究對(duì)21名健康中國(guó)男性（分為三個(gè)年齡組）的精液樣本進(jìn)行了全甲基化組關(guān)聯(lián)研究，每個(gè)樣本生成了超4M CpG位點(diǎn)（深度≥5×）。對(duì)721840個(gè)共有CpG位點(diǎn)的分析顯示，超95%的位點(diǎn)未被傳統(tǒng)甲基化芯片覆蓋。差異甲基化和相關(guān)性分析鑒定出139個(gè)AR-CpG位點(diǎn)，并采用基于多重PCR的BSAS兩階段驗(yàn)證過(guò)程。第一階段，對(duì)dRRBS鑒定的129個(gè)精液樣本（22-64歲）中前47個(gè)AR-CpG位點(diǎn)、26個(gè)文獻(xiàn)報(bào)道的位點(diǎn)和242個(gè)鄰近CpG位點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了31個(gè)dRRBS、26個(gè)文獻(xiàn)報(bào)道的和152個(gè)鄰近CpG位點(diǎn)與年齡相關(guān)。第二階段，在247個(gè)樣本（22-67歲）中檢驗(yàn)了154個(gè)CpG位點(diǎn)，確認(rèn)了71個(gè)AR-CpG位點(diǎn)（|rho| > 0.50）。其中，chr2:129071885（cg19998819）作為最強(qiáng)年齡相關(guān)標(biāo)記（rho = 0.81）脫穎而出。利用第二個(gè)BSAS數(shù)據(jù)集，研究在重復(fù)嵌套交叉驗(yàn)證（CV）框架內(nèi)開發(fā)了基于多元線性回歸和隨機(jī)森林（RF）算法的年齡估計(jì)模型。RF模型在5-25個(gè)CpG特征子集上表現(xiàn)出更高的準(zhǔn)確性。優(yōu)化的9-CpG RF模型平均均方根誤差為4.73年（4.62-4.96，SD=0.10），平均絕對(duì)誤差為3.30年（3.23-3.43，SD=0.06）。本研究表明dRRBS在大規(guī)模AR-CpG發(fā)現(xiàn)中的實(shí)用性，并為法醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了一個(gè)穩(wěn)健的年齡估計(jì)模型和一個(gè)全面的精液特異性AR-CpG位點(diǎn)參考數(shù)據(jù)庫(kù)。
研究方法
1) 樣本收集：精液樣本來(lái)自兩組健康中國(guó)男性志愿者，一組用于標(biāo)記鑒定，另一組用于標(biāo)記驗(yàn)證和模型開發(fā)。
2) AR-CpG位點(diǎn)的識(shí)別：使用dRRBS技術(shù)對(duì)發(fā)現(xiàn)隊(duì)列的精液樣本進(jìn)行全基因組AR-CpG位點(diǎn)鑒定。
3) 候選AR-CpG位點(diǎn)的選擇：基于dRRBS鑒定的AR-CpG位點(diǎn)和文獻(xiàn)中報(bào)道的位點(diǎn)，選擇前50個(gè)AR-CpG位點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。
4) 候選AR-CpG位點(diǎn)的驗(yàn)證：通過(guò)BSAS進(jìn)行兩階段驗(yàn)證過(guò)程，定量檢測(cè)候選位點(diǎn)及其鄰近CpG位點(diǎn)的甲基化水平。
5) 統(tǒng)計(jì)分析和年齡估計(jì)建模：使用嵌套交叉驗(yàn)證（CV）框架開發(fā)年齡估計(jì)模型，包括多重線性回歸（MLR）和隨機(jī)森林（RF）算法。
結(jié)果圖形
圖1：研究流程圖
圖2：dRRBS鑒定精液中的AR-CpG位點(diǎn)
表1：dRRBS篩選出的候選年AR-CpG
圖3：BSAS驗(yàn)證候選年齡相關(guān)CpG位點(diǎn)
圖4：利用重復(fù)嵌套交叉驗(yàn)證（CV）方法進(jìn)行年齡估計(jì)建模和性能評(píng)估。
易小結(jié)：研究亮點(diǎn)
- dRRBS技術(shù)的應(yīng)用：dRRBS技術(shù)在大規(guī)模AR-CpG發(fā)現(xiàn)中的實(shí)用性，為法醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了穩(wěn)健的年齡估計(jì)模型和全面的精液特異性AR-CpG位點(diǎn)參考數(shù)據(jù)庫(kù)。
- 模型準(zhǔn)確性：隨機(jī)森林模型在5至25個(gè)CpG表征子集上表現(xiàn)出優(yōu)越的準(zhǔn)確性，優(yōu)化的9-CpG模型實(shí)現(xiàn)了平均均方根誤差4.73年和平均絕對(duì)誤差3.30年的高精度年齡估計(jì)。
- 新標(biāo)記的發(fā)現(xiàn)：研究不僅驗(yàn)證了先前報(bào)道的AR-CpG位點(diǎn)，還發(fā)現(xiàn)了新的與年齡強(qiáng)相關(guān)的位點(diǎn)，如chr1:19339432和chr13:93039685，為未來(lái)的法醫(yī)學(xué)年齡估計(jì)提供了新的標(biāo)記。
Li Y, Liu X, Chen M, Yi S, He X, Xiao C, Huang D. DNA methylation-based age estimation from semen: Genome-wide marker identification and model development. Forensic Sci Int Genet. 2024 Dec 25;76:103215. pii: S1872-4973(24)00211-4. doi: 10.1016/j.fsigen.2024.103215. PubMed PMID: 39752798.
標(biāo)簽：
DNA甲基化
- 基于dRRBS技術(shù)的精液DNA甲基化年齡預(yù)測(cè)：全基因組標(biāo)記鑒定和模型開發(fā)
- 通過(guò)德爾菲法建立專家共識(shí)以確定用于干預(yù)研究的衰老生物標(biāo)志物及應(yīng)用
- 時(shí)空組學(xué)研究進(jìn)展（二)：?jiǎn)渭?xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)的分析方法
- 時(shí)空組學(xué)研究進(jìn)展（一）：?jiǎn)渭?xì)胞RNA測(cè)序的流程與技術(shù)
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