一种尿沉渣基因组DNA的分类方法、装置和用途制造方法及图纸

本发明专利技术属于基因组学和生物信息学领域，涉及一种尿沉渣基因组DNA的分类方法、装置和用途。具体地，本发明专利技术涉及一种DNA分类方法，包括：计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的MHL值和/或DNA的拷贝数变异数据；计算目标样本DNA的DNA甲基化单倍型区域的MHL值与各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值的相似度，和/或目标样本DNA的拷贝数变异数据与各分类标签的DNA拷贝数变异数据的相似度；根据所述相似度，利用分类器模型确定所述目标样本DNA所属的分类。本发明专利技术提供了一种新的泌尿生殖系统肿瘤的检测手段，具有良好的特异性和敏感性。

【技术实现步骤摘要】
一种尿沉渣基因组DNA的分类方法、装置和用途
本专利技术属于基因组学和生物信息学领域，涉及一种尿沉渣基因组DNA的分类方法、装置和用途。
技术介绍
泌尿生殖系统肿瘤是指发生在泌尿系统的肿瘤。常见的泌尿生殖系统肿瘤包括肾癌(RC)、膀胱癌(BT)、前列腺癌(PCA)等。2018年癌症统计报告显示，新增和死亡病例排名前20的常见肿瘤中泌尿生殖系统肿瘤占据3席，其中PCA更是位列前三甲。早期肿瘤患者绝大多数可以通过手术得到根治，但是一旦发生转移则病人预后生存显著降低。当前泌尿生殖系统肿瘤诊断主要依赖于组织活检，而无创诊断还不成熟，对应肿瘤检测灵敏度和特异性不高。肾细胞癌又称为肾癌，常见亚型为肾透明细胞癌，约占80-85％。肾癌主要类型包括肾透明肾细胞癌、乳头状肾细胞癌、嫌色性肾细胞癌，它们约占肾癌的95％。由于没有很好的早期诊断标记物，对于肾细胞癌而言，很多患者被确诊时已发展成晚期。目前，临床公认的用于诊断和随访BT的“金标准”是膀胱镜与尿液脱落细胞学病理检查相结合。膀胱镜检虽然可以观察整个膀胱，但对于高级别病变的原位癌，膀胱镜检查的诊断灵敏度较低(52％－68％)。且检查时器械摩擦尿道易导致患者尿路上皮损伤导致患者痛苦感强。而尿液脱落细胞学病理检查诊断灵敏度较低，尤其对于低病理分级的BT诊断灵敏度更低(4％－31％)。在早期诊断前列腺癌的过程中，前列腺特异抗体(PSA)检查被广泛应用，然而PSA变化容易受多种因素的影响使其准确度并不高，此外，在穿刺之前，依据情况选择性使用多参数parametricmagneticimaging(mpMRI)也有利于前列腺腺癌(Gleason评分>7分)检出率，但是mpMRI的应用还存在很多争议，进一步确诊需要依赖于病理学诊断。液体活检是指利用肿瘤组织释放到血液，尿液等体液的循环肿瘤细胞(CTC)，游离肿瘤DNA以及外泌体来检测肿瘤动态变化的一种技术。得益于其无创或者微创、实时和动态的特点，已被广泛应用到肿瘤的早诊、转移、预后判断、耐药性的形成机制以及个体化治疗指导等研究中。目前多数液体活检的研究主要以血液为载体。事实上，相对于血液，尿液优势更加显著，是真正意义上的无创。然而，与血液为载体的液体活检类似，基于尿液的液体活检技术同样面临着泌尿生殖系统肿瘤释放信号少，如何利用有限信号进行肿瘤组织溯源的问题。当前有基于NGS技术进行基因组变异溯源的，包括drivergene突变、插入缺失等。但是肿瘤异质性很强，对应的脱落细胞不一定能够检测到驱动基因(drivergene)的变异，而且鉴定少量肿瘤cfDNA的突变依赖于靶向深度测序(>5000*)，同时伴有测序错误。目前，尚需要开发新的泌尿生殖系统肿瘤的检测手段，其特异性和敏感性均较好，更方便用于多次、长期和预后监测，并减少患者痛苦。
技术实现思路
本专利技术人经过深入的研究和创造性的劳动，首创通过检测尿沉渣基因组DNA的拷贝数变异或拷贝数变化(Copynumbervariations,CNVs)和DNA甲基化单倍型区域(DNAmethylationhaplotypeblocks,MHBs)单倍型的变化(methylationhaplotypeload,MHL)，分类标记物筛查方法，并进一步开发了敏感性和特异性很高的泌尿生殖系统肿瘤诊断的方法，不仅可以很好的区分肿瘤患者和健康人群，还可以实现泌尿生殖系统肿瘤的定位。此外，通过整合膀胱癌和肾癌的临床预后数据，构建了预后生存模型和对应的23个膀胱癌预后标记物和7肾癌预后标记物。由此提供了下述专利技术：本专利技术的一个方面涉及一种DNA分类方法，包括：计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值，和/或计算目标样本的DNA的拷贝数变异数据；以及计算目标样本DNA的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值与各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值的相似度，和/或计算目标样本的DNA的拷贝数变异数据与各分类标签的DNA拷贝数变异数据的相似度；根据所述相似度，利用分类器模型确定所述目标样本DNA所属的分类。优选地，所述β均值通过450K芯片数据或850K芯片数据得到。在本专利技术的一个或多个实施方案中，所述的DNA分类方法，其中，计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的MHL值和DNA的拷贝数变异数据；以及计算目标样本DNA的DNA甲基化单倍型区域的MHL值与各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值的相似度，和目标样本DNA的拷贝数变异数据与各分类标签的DNA拷贝数变异数据的相似度。在本专利技术的一个或多个实施方案中，所述的DNA分类方法，其中，计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的MHL值；以及计算目标样本DNA的DNA甲基化单倍型区域的MHL值与各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值的相似度。在本专利技术的一个或多个实施方案中，所述的DNA分类方法，其中，计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的β均值；以及计算目标样本DNA的DNA甲基化单倍型区域的β均值与各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的β均值的相似度。在本专利技术的一个或多个实施方案中，所述的DNA分类方法，其中，确定所述目标样本DNA所属的分类包括：根据所述相似度，利用随机森林模型确定：所述各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度，和/或所述各分类标签的DNA拷贝数变异数据与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度；根据所述相关度，利用所述分类器模型确定所述目标样本DNA所属的分类。在本专利技术的一个或多个实施方案中，所述的DNA分类方法，其中，确定所述各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度包括：根据所述相关度，对所述DNA甲基化单倍型区域的MHL值进行排序，以形成向量序列；将所述向量序列输入所述随机森林模型，确定所述DNA甲基化单倍型区域的MHL值与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度；和/或确定所述各分类标签的DNA拷贝数变异数据与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度包括：根据所述相关度，对所述DNA拷贝数变异数据进行排序，以形成向量序列；将所述向量序列输入所述随机森林模型，确定所述分类标签的DNA拷贝数变异数据与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度。在本专利技术的一个或多个实施方案中，所述的DNA分类方法，其中，所述人泌尿生殖系统肿瘤为选自前列腺癌、尿路上皮癌和肾癌中的任意1种、任意2种(前列腺癌和尿路上皮癌、尿路上皮癌和肾癌、或者前列腺癌和肾癌)或者全部3种；优选地，所述肾癌为透明肾细胞癌，优选地，所述尿路上皮癌为上尿路上皮癌和/或膀胱癌，优选地，所述前列腺癌为前列腺腺癌；优选地，所述人泌尿生殖系统肿瘤通过对手术样本进行组织活检确诊。在本专利技术的一个或多个实施方案中，所述的DNA分类方法，其中，所述随机森林模型为至少3个随机森林二元分类器，并且选自如下的I－VI组中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DNA分类方法，包括：/n计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值，和/或计算目标样本DNA的拷贝数变异数据；以及/n计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值与各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值的相似度，和/或计算目标样本DNA的拷贝数变异数据与各分类标签的DNA拷贝数变异数据的相似度；/n根据所述相似度，利用分类器模型确定所述目标样本DNA所属的分类。/n

【技术特征摘要】
1.一种DNA分类方法，包括：
计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值，和/或计算目标样本DNA的拷贝数变异数据；以及
计算目标样本的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值与各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值或β均值的相似度，和/或计算目标样本DNA的拷贝数变异数据与各分类标签的DNA拷贝数变异数据的相似度；
根据所述相似度，利用分类器模型确定所述目标样本DNA所属的分类。


2.根据权利要求1所述的分类方法，其中，确定所述目标样本DNA所属的分类包括：
根据所述相似度，利用随机森林模型确定：所述各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度，和/或所述各分类标签的DNA拷贝数变异数据与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度；
根据所述相关度，利用所述分类器模型确定所述目标样本DNA所属的分类。


3.根据权利要求2所述的分类方法，其中，
确定所述各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度包括：根据所述相关度，对所述DNA甲基化单倍型区域的MHL值进行排序，以形成向量序列；将所述向量序列输入所述随机森林模型，确定所述DNA甲基化单倍型区域的MHL值与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度；
和/或
确定所述各分类标签的DNA拷贝数变异数据与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度包括：根据所述相关度，对所述DNA拷贝数变异数据进行排序，以形成向量序列；将所述向量序列输入所述随机森林模型，确定所述分类标签的DNA拷贝数变异数据与人泌尿生殖系统肿瘤的相关度。


4.根据权利要求3所述的分类方法，其中，所述人泌尿生殖系统肿瘤为选自前列腺癌、尿路上皮癌和肾癌中的任意1种、任意2种或者全部3种；
优选地，所述肾癌为透明肾细胞癌，
优选地，所述尿路上皮癌为上尿路上皮癌和/或膀胱癌，
优选地，所述前列腺癌为前列腺腺癌；
优选地，所述人泌尿生殖系统肿瘤通过对手术样本进行组织活检确诊。


5.根据权利要求3或4所述的分类方法，其中，所述随机森林模型为至少3个随机森林二元分类器，并且选自如下的I－VI组中的任意1组、任意2组、任意3组或者全部四组：
I.
正常-vs-肾癌，正常-vs-尿路上皮癌，正常-vs-前列腺癌；
II.
肾癌-vs-正常，肾癌-vs-尿路上皮癌，肾癌-vs-前列腺癌；
III.
尿路上皮癌-vs-正常，尿路上皮癌-vs-肾癌，尿路上皮癌-vs-前列腺癌；
IV.
前列腺癌-vs-正常，前列腺癌-vs-肾癌，前列腺癌-vs-尿路上皮癌。


6.根据权利要求5所述的分类方法，其中，对每个组进行投票，取得票数最高的组对应分类为最终分类，如果得票数相等，则取得票数相等的组中预测概率最高的类别为最终分类。


7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的分类方法，其中，所述样本为尿液样本，优选为晨尿；更优选为晨尿的尿沉渣。


8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的分类方法，其中，
所述目标样本中的DNA甲基化单倍型区域的MHL值、所述各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值、所述目标样本的DNA的拷贝数变异数据以及所述各分类标签的DNA拷贝数变异数据，均由尿液样本中的DNA的测序数据计算得到；
优选地，所述尿液样本中的DNA为尿沉渣DNA；
优选地，所述测序数据为全基因组甲基化测序数据例如全基因组重亚硫酸盐测序数据；优选地，测序深度为1X－5X。


9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的分类方法，其中，
所述目标样本中的DNA甲基化单倍型区域与所述各分类标签的DNA甲基化单倍型区域相同；和/或
所述目标样本的DNA的拷贝数变异的区域与所述各分类标签的DNA拷贝数变异的区域相同；
优选地，所述甲基化单倍型区域与所述拷贝数变异的区域如表1－表6中的任意1个、任意2个、任意3个、任意4个、任意5个或全部6个表格所示；或者，如11和/或表12所示。


10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的分类方法，其中，
采用MONOD2软件计算所述目标样本中的DNA甲基化单倍型区域的MHL值以及所述各分类标签的DNA甲基化单倍型区域的MHL值，和/或采用Varbin计算所述目标样本的DNA的拷贝数变异数据以及所述各分类标签的DNA拷贝数变异数据；
优选地，采用MONOD2软件计算WGBS数据中对应于各甲基化单倍型区域的MHL值，和/或采用Varbin计算WGBS数据中对应于各拷贝数变异区域的拷贝数变异数据，其中，所述甲基化单倍型区域与所述拷贝数变异的区域如表1－表6中的任意1个、任意2个、任意3个、任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：慈维敏，许争争，周利群，
申请(专利权)人：中国科学院北京基因组研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11