HLA（human leukocyte antigen ，人类白细胞抗原）是人类的主要组织相容性复合体（MHC）的表达产物。通常也称为人类主要组织相容性复合物 (MHC)，在染色体 6p21.3 上包含一个 4 Mb 的区域，其中包含 200 多个基因。

HLA根据不同的基因位点分为三大类型：I型，II型和III型。

I 类分子存在于大多数细胞类型中，并存在从癌细胞、被感染细胞(病毒)的细胞内环境中衍生出来的内源性多肽。I 类分子中的结合肽呈递给 CD8+T 细胞，CD8+T 细胞会杀死受感染/受损的细胞。II 类分子主要存在于抗原呈递细胞上，并将抗原呈递给 CD4+ T 辅助细胞。III 类包含细胞因子基因和补体系统成分，它们在免疫反应中也发挥重要作用。

HLA-I型基因，包括了HLA-A，HLA-B，HLA-C等经典的抗原基因，还有一些假基因；HLA-II 型基因，其编码产物都是双链蛋白质，包括DR，DP，DQ等基因，HLA-III型基因，包含了C2，C4等补体基因，还包括其他一些基因。

HLA 复合体是整个人类基因组中多态性最强的区域，最新的统计信息如下：

数据来自：https://www.ebi.ac.uk/ipd/imgt/hla/about/statistics/

HLA命名方式：

有众多基于全外显子组测序（WES）或全基因组测序（WGS）的HLA分型算法及工具，其中Optitype（基于整数线性规划的HLA基因分型算法）是运用的相对比较多的一款对HLA-I类分型工具。

1） Optitype 环境部署

  1. Python 2.7（Python3.6也可以，推荐用conda部署）
  2. RazerS 3.4
  3. SAMtools 1.2
  4. HDF5 1.8.15
  5. CPLEX 12.5 其他一些线性规划解释器 (GLPK, CBC, …推荐用linux安装，windows会缺少这一部分软件库比较麻烦)

python需要的依赖模块:

  1. NumPy 1.9.3
  2. Pyomo 4.2
  3. PyTables 3.2.2
  4. Pandas 0.16.2
  5. Pysam 0.8.3
  6. Matplotlib 1.4.3
  7. Future 0.15.2

2）安装

目前有两种方式来安装 Optitype ：

1、基于docker

如果有docker，那就比较简单了，直接：docker pull fred2/optitype

然后执行：docker run -v /path/to/data/folder:/data/ -t fred2/optitype -i input1 [input2] (-r|-d) -o /data/

2）从源码直接安装，推荐用docker搭建环境

conda create -n optitype
conda install -n optitype -c bioconda optitype

如果安装python3.6的建议先用conda创建python环境，然后安装依赖

3）测试

修改config.ini.example文件里面的参数，重命名为config.ini

先使用razers3对测序数据进行mapping（由于 razers3 是将所有的数据读取到内存，需要注意）

razers3 -i 95 -m 1 -dr 0 -o fished_1.bam /path/to/OptiType/data/hla_reference_dna.fasta sample_1.fastq

然后用samtools处理bam

samtools bam2fq fished_1.bam > sample_1_fished.fastq

注意：双端测序数据两个fq都需要分别执行上面操作

用OptiType进行分型：

DNA数据：

python OptiTypePipeline.py -i ./test/exome/NA11995_SRR766010_1_fished.fastq ./test/exome/NA11995_SRR766010_2_fished.fastq --dna -v -o ./test/exome/

RNA数据：

python OptiTypePipeline.py -i ./test/rna/CRC_81_N_1_fished.fastq ./test/rna/CRC_81_N_2_fished.fastq --rna -v -o ./test/rna/

注意HLA的数据库可以在：ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/databases/ipd/imgt/hla/下载更新

关于HLA I类基因的分析软件 OptiType 就介绍到这了。

Q&A

如果运行遇见“ImportError HDFStore requires PyTables No module named tables”之类的错误建议查看相应的python环境，可以尝试如下解决方案：

pip install --upgrade tables

参考资料：

1.https://github.com/FRED-2/OptiType

2.Szolek, A, Schubert, B, Mohr, C, Sturm, M, Feldhahn, M, and Kohlbacher, O (2014). OptiType: precision HLA typing from next-generation sequencing data Bioinformatics, 30(23):3310-6.

3.https://stackoverflow.com/questions/25980018/importerror-hdfstore-requires-pytables-no-module-named-tables

4.https://sciscogenetics.com/pages/technology.html

阅读: 904