Searching for sequencing signal anomalies associated with genome structural variations

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Genomic structural variations (SVs) are one of the main sources of genetic diversity. Structural variants as mutagens may have a significant impact on human health and lead to hereditary diseases and cancers. Existing methods of finding structural variants are based on analysis of high-throughput sequencing data and despite significant progress in the development of the detection methods, there is still a need for improving the identification of structural variations with accuracy appropriate for use in a diagnostic procedure. Analysis of the signal of sequencing coverage (i.e., the number of sequencing fragments that aligned to every point of a genome) holds new potential for the design of approaches for structural variations discovery, and can be used as time-series analysis. Here, we present an approach for identification of patterns in the coverage signal. The method has been developed based on algorithms used for analysis of time series data, namely KNN (K-nearest neighbour) search algorithm and the SAX (Symbolic Aggregation Approximation) method. Using the rich dataset encompassing full genomes of 911 individuals with different ethnic backgrounds generated by the Human Genome Diversity Project initiative, we constructed generalized patterns of signal coverage in the vicinity of breakpoints corresponding to various structural variant types. Also, with the benefit of the SAX models of the motifs we developed a software package for fast detection of anomalies in the coverage signal.

About the authors

I. V Bezdvornykh

St. Petersburg State University

St. Petersburg, Russia

N. A Cherkasov

St. Petersburg State University

St. Petersburg, Russia

A. A Kanapin

St. Petersburg State University

St. Petersburg, Russia

A. A Samsonova

St. Petersburg State University

Email: a.samsonova@spbu.ru
St. Petersburg, Russia

References

  1. R. L. Collins, et al., Nature, 581 (7809), 444 (2020).
  2. Y. R. Li, et al., Nature Commun., 11 (1), 255 (2020).
  3. S. Girirajan, et al., Am. J. Human Genetics, 92 (2), 221 (2013).
  4. M. Mahmoud, et al., Genome Biol., 20 (1), 1 (2019).
  5. S. Kosugi, et al., Genome Biol., 20 (1), 117 (2019).
  6. Z. Liu, et al., Genome Biol., 23 (1), 68 (2022).
  7. H. Parikh, et al., BMC Genomics, 17 (1), 64 (2016).
  8. A. Abyzov, et al., Genome Res., 21 (6), 974 (2011).
  9. M. Rapti, et al., Brief Bioinform., 23 (2), bbac049 (2022).
  10. Z. A. Aghbari, Data Knowl. Eng., 52 (3), 333 (2005).
  11. S. Malinowski, et al., Lect. Notes Comput. Sci., 273 (2013).
  12. BGRS/SB-2022 Swaveform: a genome-wide survey of structural variation profiles, Thirteen Int. Multiconference (2022).
  13. A. Bergstrom, et al., Science, 367 (6484), eaay5012 (2020).
  14. M. A. Almarri, et al., Cell, 182 (1), 189 (2020).
  15. H. Sakoe and S. Chiba, IEEE Trans. Acoust. Speech Signal Process., 26 (1), 43 (1978).
  16. F. Petitjean, A. Ketterlin, and P. Gangarski, Pattern Recogn., 44 (3), 678 (2011).
  17. R. Tavenard, et al., J. Mach. Learn. Res., 21 (118), 1 (2020).
  18. B. S. Pedersen and A. R. Quinlan, Bioinformatics, 34 (5), 867 (2018).
  19. D. V. Zhernakova, et al., Genomics, 1 (2019).
  20. T. Rausch, et al., Bioinformatics, 28 (18), i333 (2012).
  21. J. M. Zook, et al., Nat. Biotechnol., 1 (2020).
  22. A. Shumate, et al., Genome Biol., 1 (2020).
  23. J. M. Zook, et al., Sci. Data, 3, 160025 (2016).
  24. L. M. Chapman, et al., PLoS Comput. Biol. 16 (6), e1007933-20 (2020).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».