使用MutsigCV预测驱动突变基因

生信菜鸟团

发布于 2020-05-24 14:50:21

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发布于 2020-05-24 14:50:21

文章被收录于专栏：生信菜鸟团

写在前面

首先，突变的分类方法有很多种，按照其是否会导致癌症进展，可以分为驱动突变（driver mutation）和乘客突变（passenger mutation）。前者在肿瘤细胞中具有选择性生长优势的突变，后者对肿瘤细胞的选择性生长优势无直接或间接影响的突变。目前来说，推断驱动突变的算法有很多，可以参考这篇综述：https://academic.oup.com/bib/article/17/4/642/2240387。总的来说，可以分为以下 5 种：

m_bbv068f1p

大部分的算法，都是基于各大突变注释数据库，比如：COSMIC、TCGA、ICGC、cBioPortal、Cancer3D、dSysMap、ENCODE、NIH Epigenome Roadmap、FANTOM5 等等，这篇综述也进行了一定的比较：https://www.pnas.org/content/113/50/14330

接下来我们使用 MutSigCV 来对我们的数据进行驱动突变分析，并进行一定的比较

参考：

https://captorr.github.io/2018/07/18/mutsigcv/

https://www.jianshu.com/p/c86fadbff4c3

https://software.broadinstitute.org/cancer/cga/mutsig

安装MATLABMCR

首先需要下载 MATLABMCR：https://ww2.mathworks.cn/products/compiler/matlab-runtime.html，只要版本大于 2014 就行，这里选择的是 2016a

cd ~/wes_cancer/biosoft
mkdir MatlabMCR
cd MatlabMCR
wget -c http://ssd.mathworks.com/supportfiles/downloads/R2016a/deployment_files/R2016a/installers/glnxa64/MCR_R2016a_glnxa64_installer.zip
unzip MCR_R2016a_glnxa64_installer.zip
./install

安装过程需要选择一个有权限的安装路径，安装好了之后可能要手动赋值一个变量：

LD_LIBRARY_PATH="~/wes_cancer/biosoft/MATLAB/v901/runtime/glnxa64:~/wes_cancer/biosoft/MATLAB/v901/bin/glnxa64:~/wes_cancer/biosoft/MATLAB/v901/sys/os/glnxa64"

安装 MutSigCV

然后就是下载 MutSigCV

cd ~/wes_cancer/biosoft
wget -c https://software.broadinstitute.org/cancer/cga/sites/default/files/data/tools/mutsig/MutSigCV_1.41.zip
unzip MutSigCV_1.41.zip
cd MutSigCV_1.41

接下来需要下载几个必备的文件：

wget -c http://www.broadinstitute.org/cancer/cga/sites/default/files/data/tools/mutsig/reference_files/gene.covariates.txt
wget -c http://www.broadinstitute.org/cancer/cga/sites/default/files/data/tools/mutsig/reference_files/exome_full192.coverage.zip
wget -c http://www.broadinstitute.org/cancer/cga/sites/default/files/data/tools/mutsig/reference_files/mutation_type_dictionary_file.txt

按照官网要求，还需要参考基因组的序列文件，但是官网只提供了 hg18 和 hg19 版本，我需要自己制作 hg38 版本的：

sed -n '1,/chr1_KI270706v1_random/p' ../data/Homo_sapiens_assembly38.fasta | grep -v '^>' >../data/chr_files_hg38.txt

运行

最后运行代码，即可获取驱动突变分析结果：

cd ~/wes_cancer/project
../biosoft/MutSigCV_1.41/run_MutSigCV.sh  ~/wes_cancer/biosoft/MatlabMCR/v901/ ./7.annotation/gatk/gatk4.1.4.0_merge.maf ../biosoft/MutSigCV_1.41/exome_full192.coverage.txt ../biosoft/MutSigCV_1.41/gene.covariates.txt gatk_merge_mutsig ../biosoft/MutSigCV_1.41/mutation_type_dictionary_file.txt ../data/chr_files_hg38.txt

结果

输出结果有几个文件：

8.9M 5月  18 11:56 gatk_merge_mutsig.mutations.txt
3.3M 5月  18 11:56 gatk_merge_mutsig.coverage.txt
 130 5月  18 11:56 gatk_merge_mutsig.categs.txt
1.1M 5月  18 11:56 gatk_merge_mutsig.sig_genes.txt

其中gatk_merge_mutsig.sig_genes.txt 是 MutSigCV 的结果报告：

$ head gatk_merge_mutsig.sig_genes.txt 
gene    expr    reptime hic N_nonsilent N_silent    N_noncoding n_nonsilent n_silent    n_noncoding nnei    x   X   p   q
KIAA0040    NaN NaN NaN 17208   4392    0   8   0   0   31  6   1182048 1.490349e-07    1.591576e-03
CCDC84    1457410 180 55  59856   15096   0   5   0   0   50  0   1262496 1.687600e-07    1.591576e-03
FAM153A    1267336 553 18  58536   14112   0   4   0   0   50  3   1391880 3.217081e-06    1.305224e-02
C8orf41    91648   507 12  85488   26472   0   4   0   0   50  2   1662480 4.561476e-06    1.305224e-02
TTC31    1019591 315 50  89232   26832   0   4   0   0   50  1   1472088 4.837963e-06    1.305224e-02
CREB3    922448  190 48  64176   18480   0   4   0   0   50  4   1475904 5.346962e-06    1.305224e-02
ZIM2    221899  902 -70 92136   22920   0   4   0   0   50  1   1473768 5.467921e-06    1.305224e-02
CCIN    858124  257 46  98592   28776   0   4   0   0   50  1   1572144 5.535887e-06    1.305224e-02
USP50    325027  203 27  59136   14952   0   4   0   0   50  8   1663848 8.386828e-06    1.757693e-02

MutSig输出分析中的“ nnei”，“ x”和“ X”值是算法计算得到的基因背景突变率。我们重点关注的是显著性的 p 值和 q 值，后者为校正过的 p 值

nnei gives the number of neighboring genes that are pooled together to compute the background mutation rate for that gene; these genes are not necessarily adjacent on the genome, but rather they have nearby covariate values. x gives the number of mutated bases in these neigboring genes that are either silent or non-coding, while X gives the total number of bases related to these neighboring genes.

需要注意的是，与MutSig捆绑在一起的协变量文件（gene.covariates.txt和exome_full192.coverage.txt）具有非标准的基因名称（non Hugo_Symbols）。MAF中的Hugo_Symbols与协变量文件中的非Hugo_symbols之间的差异导致MutSig程序忽略此类基因。例如，食管癌中众所周知的驱动基因KMT2D在MutSig协变量文件中表示为MLL2。这导致KMT2D从分析中被忽略，并且在MutSig结果中被表示为微不足道的基因。可以用 R包 maftools 的 prepareMutSig 函数来进行纠正：

library(data.table)
tmp=fread('./7.annotation/gatk/gatk4.1.4.0_merge.maf')
laml = read.maf(maf = tmp)
laml.mutsig.corrected = prepareMutSig(maf = laml)

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原始发表：2020-05-18，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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