Quality control, modeling, and visualization of CRISPR screens with MAGeCK-VISPR

doi:10.1186/s13059-015-0843-6

.2015年12月16:16:281。

doi:10.1186/s13059-015-0843-6。

利用MAGeCK-VISPR对CRISPR屏幕进行质量控制、建模和可视化

魏丽^1 2, 约翰内斯·科斯特^1 2 三, 韩旭⁴, 陈浩晨^1 2, 肖腾飞^2 三, Jun S Liu（刘军）⁵, 迈尔斯·布朗^6 7 8, X雪莉·刘^9 10 11

附属公司

¹美国马萨诸塞州波士顿市哈佛T.H.Chan公共卫生学院Dana-Farber癌症研究所生物统计学和计算生物学系，02215。
²美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所功能性癌症表观遗传学中心，02215。
^三美国马萨诸塞州波士顿Dana-Farber癌症研究所肿瘤内科分子和细胞肿瘤科，02215。
⁴麻省理工学院和哈佛大学布罗德学院，7剑桥中心，马萨诸塞州剑桥，02142。
⁵哈佛大学统计系，科学中心715，牛津街1号，马萨诸塞州剑桥，02138，美国。
⁶美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所功能性癌症表观遗传学中心，02215。myles_brown@dfci.harvard.edu。
⁷美国马萨诸塞州波士顿Dana-Farber癌症研究所肿瘤内科分子和细胞肿瘤科，02215。myles_brown@dfci.harvard.edu。
⁸美国马萨诸塞州波士顿市布里格姆女子医院和哈佛医学院医学部，邮编02215。myles_brown@dfci.harvard.edu。
⁹美国马萨诸塞州波士顿市哈佛T.H.Chan公共卫生学院Dana-Farber癌症研究所生物统计学和计算生物学系，02215。xsliu@jimmy.harvard.edu。
¹⁰美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所功能性癌症表观遗传学中心，02215。xsliu@jimmy.harvard.edu。
¹¹同济大学生命科学与技术学院，上海，200092，中国。xsliu@jimmy.harvard.edu。

PMID： 26673418
预防性维修识别码：项目经理4699372
DOI（操作界面）： 10.1186/s13059-015-0843-6

利用MAGeCK-VISPR对CRISPR屏幕进行质量控制、建模和可视化

魏丽等。基因组生物学. 2015.

.2015年12月16:16:281。

doi:10.1186/s13059-015-0843-6。

作者

魏丽^1 2, 约翰内斯·科斯特^1 2 三, 韩旭⁴, 陈浩晨^1 2, 肖腾飞^2 三, Jun S Liu（刘军）⁵, 迈尔斯·布朗^6 7 8, X雪莉·刘^9 10 11

附属公司

¹美国马萨诸塞州波士顿市哈佛T.H.Chan公共卫生学院Dana-Farber癌症研究所生物统计学和计算生物学系，02215。
²美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所功能性癌症表观遗传学中心，02215。
^三美国马萨诸塞州波士顿Dana-Farber癌症研究所肿瘤内科分子和细胞肿瘤科，02215。
⁴麻省理工学院和哈佛大学布罗德学院，7剑桥中心，马萨诸塞州剑桥，02142。
⁵哈佛大学统计系，科学中心715，牛津街1号，马萨诸塞州剑桥，02138，美国。
⁶美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所功能性癌症表观遗传学中心，02215。myles_brown@dfci.harvard.edu。
⁷美国马萨诸塞州波士顿Dana-Farber癌症研究所肿瘤内科分子和细胞肿瘤科，02215。myles_brown@dfci.harvard.edu。
⁸美国马萨诸塞州波士顿市布里格姆女子医院和哈佛医学院医学部，邮编02215。myles_brown@dfci.harvard.edu。
⁹美国马萨诸塞州波士顿市哈佛T.H.Chan公共卫生学院Dana-Farber癌症研究所生物统计学和计算生物学系，02215。xsliu@jimmy.harvard.edu。
¹⁰美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所功能性癌症表观遗传学中心，02215。xsliu@jimmy.harvard.edu。
¹¹同济大学生命科学与技术学院，上海，200092。xsliu@jimmy.harvard.edu。

PMID： 26673418
预防性维修识别码：项目经理4699372
DOI（操作界面）： 10.1186/s13059-015-0843-6

摘要

高通量CRISPR屏幕在功能基因组学中显示出巨大的前景。我们介绍了MAGeCK-VISPR，一个用于CRISPR屏幕的综合质量控制（QC）、分析和可视化工作流。MAGeCK-VISPR定义了一组用于评估实验质量的质量控制措施，并包括在多种条件下同时调用关键基因的最大似然算法。该算法使用广义线性模型来反褶积不同的影响，并使用期望最大化迭代估计sgRNA敲除效率和基因重要性。MAGeCK-VISPR还包括VISPR，这是一个用于交互式可视化和探索QC和分析结果的框架。MAGeCK-VISPR免费提供http://bitbucket.org/liulab/mageck-vispr .

PubMed免责声明

数字

图1
MAGeCK-VISPR工作流概述。给定FASTQ文件和sgRNA设计，工作流采用了几个预处理步骤，包括使用FastQC和MAGeCK收集质量控制指标并计算per-sgRNA读取计数。然后，使用MAGeCK-RRA或MAGeCK-MLE在用户定义的条件下确定必需基因。最后，在VISPR中对结果进行可视化和交互式探索

图2
VISPR的质量控制（QC）视图，MAGeCK-VISPR的可视化框架。测量包括GC含量的分布(一)，中等基础质量(b条)平均序列质量的分布(**c（c）**)，零计数sgRNA的数量(d日)，基尼指数(**e（电子）**)、读取总数和映射读取的百分比(**（f）**)，主成分分析（PCA）图(克)，标准化读取计数分布(小时,我)和两两样本相关性(j个). 显示的结果来自ESC(一-**（f）**)和黑色素瘤数据集(克-j个)

图3
基因重要性得分(β分数）在两种情况下由MAGeCK-MLE报告。一,b条这个β白血病数据集中两种白血病细胞系的评分(一)，以及ESC数据集中小鼠ESC细胞的两个生物复制品(b条). 在(一)一些已知的驱动基因和细胞类型特异性基因也被标记。这些基因可能在两种不同的白血病亚型（HL60：急性髓细胞白血病；KBM7：慢性髓细胞白血病）中发挥不同的作用，包括HL60的CDK6和TRIB1，以及KBM7的RUNX1。AML患者与CML患者相比，AML患者需要CDK6[17]和TRIB1过度表达[18]。另一方面，在CML到AML的转换中观察到频繁的RUNX1功能丧失突变[19]。**c（c）**通过两种条件比较算法（如RRA、蓝色矩形）识别的差异选择基因的图示。MAGeCK-MLE可以进一步区分细胞类型特异性基因（红点）和其他基因。细胞类型特异性基因是指在一种条件下没有必要性，但在另一种条件中具有强烈必要性的基因，通常在生物学上更有趣

图4
这个β黑色素瘤剔除数据集上的MAGeCK-MLE得分。一的k-均值聚类视图β来自顶级选择基因的所有条件得分（k = 4). 只有1%最高或最低的基因β显示了DMSO或PLX 14天治疗条件下的得分。b条使用不同算法在四种条件下的分数分布。MAGeCK-MLE中的红色矩形表示图4a中簇4中的基因，或在PLX 14天条件下强阳性选择的基因。原始研究中的一些验证基因标记为红点，包括NF1、NF2、MED12和CUL3

图5
这个β黑色素瘤激活数据集上的MAGeCK-MLE得分。一的k-means聚类视图β来自顶级选择基因的所有条件的得分（k = 5）。只有1%最高或最低的基因β显示了DMSO或PLX 21天治疗条件下的得分。b条平均值βA簇5中的基因得分（在促癌素和嘌呤霉素条件下选择的基因持续阳性），以及β黑色素瘤剔除数据集中这些基因的得分。类似于(一)，将k-means聚类算法应用于所选基因（k = 4)

图6
VISPR的结果和比较视图。结果视图包括一个基因比较表(一)，的分布*P（P）*CDF值(b条)和直方图(**c（c）**)以及选定基因的所有样本中的标准化sgRNA计数、染色体位置和预测效率(d日). VISPR的比较视图(**e（电子）**)以欧拉图的形式显示了不同选择条件和实验下重要基因之间的重叠。显示的结果来自ESC(一,d日)和黑色素瘤数据集(b条,**c（c）**,**e（电子）**)

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1. Shalem O、Sanjana NE、Hartenian E、Shi X、Scott DA、Mikkelsen TS等。人类细胞中的基因组CRISPR-Cas9敲除筛查。科学。2014;343:84-7。doi:10.1126/science.1247005。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. 周毅，朱S，蔡C，袁P，李C，黄毅，等。用于人类细胞功能基因组学的CRISPR/Cas9文库的高通量筛选。自然。2014;509:487–91. doi:10.1038/nature13166。-内政部-公共医学
1. Koike-Yusa H，Li Y，Tan E-P，Velasco-Herrera MDC，Yusa K。利用慢病毒CRISPR引导RNA文库对哺乳动物细胞进行全基因组隐性遗传筛查。国家生物技术公司。2014;32:267–73. doi:10.1038/nbt.2800。-内政部-公共医学
1. Konermann S、Brigham MD、Trevino AE、Joung J、Abudayeh OO、Barcena C等。基因工程CRISPR-Cas9复合物的基因组转录激活。自然。2015;517:583–8. doi:10.1038/nature14136。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

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