免疫组库高通量数据分析流程的构建与应用

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1、中山大学硕士学位论文免疫组库高通量数据分析流程的构建与应用ConstructionandApplicationofImmuneRepertoireHigh-ThroughputSequencingDataAnalysisPipeline专业：生物信息学申请人：李鹏指导老师：张尚宏副教授答辩委员会（签名）主席：委员：广州中山大学生命科学大学院2015年05月25日论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究工作作出重要贡献的个人

2、和集体，均已在文中以明确的方式表明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日中山大学硕士学位论文免疫组库高通量数据分析流程的构建与应用免疫组库高通量数据分析流程的构建与应用专业：生物信息学硕士生：李鹏指导老师：张尚宏副教授摘要高通量测序技术的进步使得分析获得性免疫组库成为可能。在一个高通量测序实验中，数百万个B细胞和T细胞受体基因序列可以平行测出。一个崭新的名叫免疫组库测序的领域开始出现并且伴随着在抗体发掘、疫苗设计、认识免疫系统发育、感染性疾病治疗、自身免疫系统疾病治疗以及癌症的免疫治疗等领域有着潜在的应用价值。虽然现有一些生物信息学分析软件

3、可以分析单个BCR/TCR基因序列，但它们不能分析免疫组库功能，比如克隆分析、多样性分析以及系谱结构分析等。免疫组库测序领域的发展期待着具有分析“免疫组库水平”能力的新的生物信息学分析工具的出现。如何根据现有数量的测序序列来预测免疫组库的可能大小（包括未测到的序列）？如何评估骨髓造血干细胞移植后的免疫组库多样性大小？如何鉴定自身免疫系统疾病的自身抗体或自身TCR？这些临床应用会遇到的难题期待着可以分析免疫组库功能的软件。这里，本文展示一个新的免疫组库数据分析流程，它可以从处理原始数据到免疫组库功能分析。它最创新的功能包括：（1）多样本之间克隆追踪；（2）免疫组库大小预测；（3

4、）多种免疫组库多样性分析；（4）寻找公共克隆；（5）运用网络方法的系谱结构分析以展现系谱之间突变情况。接下来，本文应用该数据分析流程研究了人类IGH组库VDJ基因重排偏好性。VDJ基因重排偏好性指的是基因重排不遵循严格的随机。这个现象可能预示着B细胞发育过程并影响着健康免疫组库的定义。本文从两篇公开发表论文中选择16个样本数据。由于所研究的材料是群体上的免疫组库水平上的而不是单I中山大学硕士学位论文免疫组库高通量数据分析流程的构建与应用个个体或单个基因上的，因此该研究具有创新性。本文主要得出以下结论：（1）在群体免疫组库水平上证实了VDJ基因偏好性存在，并且不同人之间的这种偏

5、好性具有保守性。（2）在群体免疫组库水平上证实了有功能序列和无功能序列之间类似，表示这种偏好性不是细胞选择压力所造成。（3）比较不同人之间VDJ基因频率相关性可得，不同人之间相关性很高，但也有例外。关键词：免疫组库，重排，VDJ，流程，生物信息学II中山大学硕士学位论文免疫组库高通量数据分析流程的构建与应用ConstructionandApplicationofImmuneRepertoireHigh-ThroughputSequencingDataAnalysisPipelineMajor:BioinformaticsName:PengLiSupervisor:Shang-

6、HongZhang,AssociateProfessorABSTRACTAdvancesinhigh-throughputsequencinghaveenabledthedevelopmentofapowerfultechniqueforprofilingtherepertoireoftheadaptiveimmunesystem.Inasinglehigh-throughputsequencingexperiment,millionsofTcellreceptor(TCR)andBcellreceptor(BCR)sequencescanbegeneratedinparal

7、lelfromasinglesample.Anewfieldofimmunosequencinghasemergedwiththedevelopmentofthistechnology,alongwithasetofpromisingapplicationsinantibodydiscovery,vaccinedesign,understandingimmunerepertoiredevelopment,infectiousdiseases,autoimmunediseasesandcancer.Alt