Study of the epigenetic signals in the human genome

Abstract

Epigenetics can be defined as changes in the genome that are inherited during cell division, however without direct modify the DNA sequence. These genomic changes are supported by three major epigenetic mechanisms: DNA methylation, histone modification and small RNAs. Different epigenetic marks function by regulating gene transcription, because when these processes are altered, this triggers various diseases such as cancer. Thus, one main objective was to study the epigenetics signals in the human genome, meaning, whether there is dependence observed between the context and the occurrence of epigenomic marking. For this purpose we used histone epigenomes available in the NIH Roadmap Epigenomics Mapping Consortium database that contains various types of cells and various types of tissues. The present study employed different statistical methodologies, namely, statistical tests, effect size measures, residue analysis and hierarchical classification. With this analysis, we compared genomic contexts of epigenetic marking among chromosomes and among epigenomes. Complementing the analysis with a control scenario, without marking and factoring the CG content. As a result of this study, it was possible to identify one dependency between the context and the occurrence of epigenetic marking and we were able to identify specific genomic contexts in histone modifications.

A epigenética pode ser definida pela ocorrência de modificações no genoma, que são herdadas durante a divisão celular, não havendo no entanto modificações directas na sequência do DNA. Estas modificações genómicas são apoiadas em três grandes mecanismos epigenéticos: metilação do DNA, modificação de histonas e pequenos RNAs. Estas diferentes marcas epigenéticas podem ter como função regular a transcrição genética, pois quando existe algum tipo de alteração nestes processos, pode desencadear-se em diversas patologias como o cancro. Assim, o objectivo principal deste trabalho é estudar os sinais epigenéticos no genoma humano, ou seja, observar se existe dependência entre o contexto e a ocorrência da marcação epigenómica. Para esse efeito foram utilizados os epigenomas das histonas disponíveis na base de dados do NIH Roadmap Epigenomics Mapping Consortium que contêm vários tipos de células e vários tipos de tecidos. No presente estudo são empregues diferentes metodologias estatísticas, nomeadamente testes estatísticos, medidas do tamanho do efeito, análise de resíduos e classificação hierárquica. Com esta análise, comparam-se contextos genómicos da marcação epigenética entre cromossomas e entre epigenomas. Complementando a análise com um cenário de controlo, sem marcação e factorizando pelo teor de CG. Foi possível identificar uma dependência entre o contexto e a ocorrência de marcação epigenética, sendo possível identificar contextos genómicos específicos para as modificações das histonas.