| Лидеры продаж УКШаблон Красовского УШК-1 Эталоны чувствительности канавочные Магнитный прижим П-образный Альбом радиографических снимков
|
Ультразвуковой контроль сварных соединений (УЗК)
Контроль качества стыковых соединений необходимо проводить регулярно, это важно для обеспечения безопасности эксплуатации сварных соединений.
Эффективным и точным методом проверки считается ультразвуковой контроль сварных швов (УЗК).
УЗК метод выявляет все повреждения механического характера в стыке, химические отклонения от действующих стандартов. Ультразвуковым методом диагностируются сварные соединения разных типов. Данная технология действенна для обнаружения шлаковых вкраплений, воздушных пустот, присутствия неметаллических элементов и неоднородного состава.
Технология УЗК
Ультразвуковой контроль сварных соединений основан на излучении волн акустического типа. При прохождении однородной среды ультразвуковые волны не изменяют траекторию. Высокочастотные колебания проникают в металл не нарушая структуры, и отражаются от поверхности пустот, неровностей, царапин, инородных включений. Искусственно созданная волна проникает внутрь сварочного стыка, и если там есть дефект, волна отклоняется от своей траектории при его обнаружении. Отклонения отображаются на экране специального прибора, с помощью усилителя передается сигнал, который способствует построению схемы, с ее помощью оператор видит все особенности и дефекты стыковых соединений.
Свойства и получение УЗК
Почти все УЗК приборы устроены аналогично. Основной элемент устройства – пластина из титана, бария или кварца. Пьезодатчик прибора расположен в призматической головке, которая отвечает за поиск дефектов.
Вдоль соединений размещается щуп, он перемещается медленно, возвратно-поступательными движениями. Высокочастотный ток в пределах 0,8-0,25 МГц подается к пластине, пластина начинает излучение волн перпендикулярно своей длине. Принимающая пластина воспринимает исходящие волны, они преобразуются в переменный ток, который отклоняет волну в мониторе осциллографа.
Датчик отправляет разные по длительности переменные импульсы, разделяя их на паузы. Это позволяет безошибочно провести контроль УЗК сварных швов, определить наличие дефектов и глубину их залегания.
Виды ультразвуковой дефектоскопии
УЗК сварных соединений регламентирован ГОСТом. Существуют следующие виды ультразвукового метода:
- Теневой. Проводится с помощью двух устройств – первое излучает волны, второе принимает. Возникновении глухой зоны в момент приема отражений указывает на наличие дефекта;
- Эхо-импульсный.
Для контроля сварных соединений применяется дефектоскоп. Его параметры обуславливают направление и прием излучающих импульсов. Если волна отражается и возвращается к прибору, значит участок имеет дефект;
- Эхо-зеркальный. Принцип работы как у эхо-импульсного метода, отличие в наличии отражателя, установленного под прямым углом. Данный тип УЗК используется для обнаружения вертикальных дефектов и трещин;
- Зеркально-теневой. Проверка осуществляется двумя приборами, установленными с одной стороны контролируемого участка. Косые волны отражаются от сетки основного металла. При нестандартных импульсах место считается поврежденным;
- Дельта-метод. Метод применяется редко, так как требуется длительная расшифровка результатов и специфическая настройка оборудования.
Порядок проведения УЗК
УЗК сварных соединений трубопроводов проводится согласно установленному стандарту.
Порядок проведения контрольных операций следующий:
- Очищение стыковых соединений от ржавчины не менее чем на 50-70 мм с обеих сторон шва;
- Поверхность стыка обрабатывается глицерином, солидолом или трансформаторным маслом, это позволит получить более точные результаты проверки;
- Прибор настраивается соответственно характеристикам исследуемого материала – при толщине до 2 см стандартные настройки, при толщине более 2 см с соответствующими настройками АРД-диаграмм;
- Излучатель прибора перемещается вдоль сварочного шва зигзагообразными движениями, поворачиваясь вокруг собственной оси;
- Искатель перемещается по материалу до получения стойкого четкого сигнала, затем устройство разворачивается и осуществляется поиск сигнала наивысшей амплитуды.
Рамки применения метода УЗК
С помощью методики УЗК возможно обнаружить следующие дефекты:
- Трещины в швах;
- Поры;
- Непроваренные участки;
- Несплавления соединений;
- Свищи;
- Расслоения наплавленного материала;
- Провисание металла в нижних участках стыка;
- Коррозия;
- Участки с нарушениями геометрического размера или несоответствиями химического состава.
Геометрические параметры проведения УЗК:
- Наибольшая глубина залегания шва не более 10 м;
- Минимальная толщина металла 3-4 мм;
- Наименьшая толщина шва в пределах 8-10 мм;
- Максимальная толщина металла 500-800 мм.
Области использования УЗК
УЗК сварных швов применяется в строительной, промышленной и других областях.
Чаще всего УЗК применяют:
- Для аналитической диагностики узлов и агрегатов;
- С целью определения целостности сварных швов и степени износа труб;
- В атомной и тепловой энергетике для контроля состояния сварных конструкций;
- В области машиностроения и химической промышленности;
- Для проверки сварных стыков в изделиях со сложной конфигурацией;
- При проверке прочности соединений металлов с крупнозернистой структурой.
Преимущества и недостатки УЗК
УЗК сварных швов обладает рядом преимуществ:
- Точность результатов за счет высокой чувствительности оборудования;
- Удобство использования благодаря компактности приборов;
- Возможность проведения выездной дефектоскопии за счет портативных устройств;
- Минимальные затраты за счет невысокой стоимости дефектоскопов;
- Возможность проверки изделий с большой толщиной;
- УЗК не нарушает структуру шва и не повреждает исследуемый объект;
- Посредством УЗК можно установить практически все разновидности дефектов швов;
- Объект проверки не требуется выводить из эксплуатации;
- Абсолютно безопасен для человека, в отличии, например, от рентгеновской дефектоскопии.
К недостаткам контроля сварочных швов методом УЗК относят трудности при проверке металлов с крупнозернистой структурой, из-за затухания и рассеивания волн. Также перед установкой дефектоскопов требуется очистка и подготовка поверхности шва.
УЗК сварочных соединений – гарантия безопасной эксплуатации готовых металлоизделий и сооружений. УЗК метод позволяет своевременно устранить повреждения и продлить эффективность работы конструкций.
8.2 DGS/AVG (АРД-диаграммы) | Olympus IMS
АРД-диаграммы
АРД-диаграммы — метод определения размеров дефектов путем сравнения амплитуды эхо-сигнала от отражателя с амплитудой эхо-сигнала от плоскодонного отверстия, расположенного на той же глубине или расстоянии. Это известно как эквивалентный размер отражателя или ERS. Аббревиатура АРД (DGS – Distance/Gain/Size) означает «амплитуда/расстояние/диаметр», также известно как AVG (с немецкого Abstand Verstarkung Grosse). Данная техника очень долго сводилась к механическому сравнению амплитуд эхо-сигналов с отображенными кривыми. Современные цифровые дефектоскопы позволяют изображать кривые с учетом процедуры калибровки и автоматически вычислять ERS максимума в стробе. Кривые выводятся из полученной схемы рассеяния пучка данного преобразователя, на основе частоты ПЭП и диаметра элемента с использованием одной точки калибровки. Можно учитывать затухание в материале и особенности акустического контакта калибровочного и контрольного образцов. АРД является изначально математическим методом, основанным на отношении профиля луча круглого ПЭП и измеряемых свойств материала к круглым дисковым отражателям. С тех пор, данный метод был применен к квадратным элементам и даже раздельно-совмещенным ПЭП; в последнем случае конфигурация кривых задается эмпирическим путем. Пользователь должен сам определить, насколько полученные результаты АРД сопоставимы с реальными дефектами в объекте контроля.
Пример типичной кривой АРД представлен ниже. Самая верхняя кривая представляет относительную амплитуду эхо-сигнала, исходящего от плоского отражателя (в дБ), на разном расстоянии от преобразователя; кривые ниже представляют относительную амплитуду эхо-сигналов, исходящих от все более маленьких дисковых отражателей, на одной шкале расстояний.
В современных цифровых дефектоскопах, АРД-диаграммы обычно строятся на основе опорной калибровки известного элемента, например донного отражателя или плоскодонного отверстия на заданной глубине. С помощью этой точки калибровки можно построить всю кривую, с учетом характеристик ПЭП и свойств материала. Вместо изображения всей серии кривых, прибор обычно отображает одну кривую на основе размера выбранного отражателя (порог выявляемости). На приведенном ниже примере, верхняя кривая представляет график АРД для дискового отражателя 2 мм на глубине от 10 до 50 мм. Нижняя кривая – опорная кривая, построенная на 6 дБ ниже. На экране слева, красный строб обозначает отражение от плоскодонного отверстия диаметром 2 мм на глубине 20 мм. Поскольку отражатель равен выбранному уровню выявляемости, максимум сигнала соответствует кривой на данной глубине. На экране справа, в стробе, расположен другой отражатель на глубине примерно 26 мм. На основе высоты и глубины залегания отражателя по отношению к кривой, прибор вычислил ERS 1,5 мм.
Ультразвуковой контроль (УК) — Учебный центр «ОСНОВА»
Автономная некоммерческая организация дополнительного профессионального образования «Строительный учебный центр «Основа» предлагает услуги по подготовке и проведении (очного* и дистанционного) обучения/аттестации/переаттестации на I/II и III* уровень квалификации по методам неразрушающего контроля (НК) включая продление срока действия удостоверений, расширение области аттестации по НК.
- Аккредитации НОАП 0006
- В соответствии с Правилами СДАНК-02-2020
- Аттестация и обучение дефектоскопистов по ультразвуковому контролю
Руководитель отдела по работе с клиентами
Основание для проведения аттестацииСогласно свидетельству об аккредитации № НОАП-0006-05 от 28.01.2019 АНО ДПО «СУЦ «Основа» признан экзаменационным центром независимым органом по аттестации (сертификации) персонала в области НК Научно-производственным предприятием по строительству «ЭКОС» (АО).
Свидетельство № 0006-05
Приложение — области аттестации
Приложение — области аттестации
Приложение — виды неразрушающего контроля
Компания АНО ДПО «СУЦ «ОСНОВА» предлагает пройти очные и дистанционные курсы по ультразвуковому (УК) контролю в рамках обучения методам неразрушающего контроля. Программа обучения разработана в соответствии с Правилами ПБ, введенными в действие с 01.01.2021 года (Приказ Ростехнадзора № 478 от 01.12.2020). По окончании курсов слушатели получают квалификационное удостоверение установленного образца.
- Учебное заведение аккредитовано по НОАП.
- Правила аттестации персонала (СДАНК-02-2020).
- Включение в реестр аттестованных специалистов НК.
Характеристика ультразвукового метода НК
Ультразвуковой контроль (УК) — наиболее распространенный физический метод неразрушающего контроля. Применяется в основном для выявления внутренних дефектов, реже — поверхностных дефектов при неразрушающем контроле сварных конструкций. Производительность ультразвукового метода в 3–10 раз выше, чем радиографического, себестоимость в 4–8 раз ниже.
Преимущества:
- высокая чувствительность и производительность;
- относительно невысокая стоимость оборудования;
- используется для НК, как металлических, так и других конструкций;
- возможность контроля при одностороннем доступе;
- безопасность для персонала, мобильность приборов.
Недостатки:
- сложная расшифровка результатов контроля;
- ограниченное применение для крупнозернистых металлов;
- сложность контроля изделий толщиной от 4 до 10 мм;
- необходимость разработки разных методик для различных типов объектов;
- требуется обработка поверхности специальными составами;
- ограниченно применяется в соединениях кованых, литых, наклонных элементов.
Применяемое оборудование:
- ультразвуковые толщиномеры, дефектоскопы, преобразователи;
- дефектоскопы по бетонным конструкциям;
- комплекты контрольных образцов и вспомогательных устройств КОУ-2;
- стандартные образцы (СО, СОП).
Кому необходима аттестация по УК
Прохождение курсов по ультразвуковому контролю требуется лицам, которые хотят получить профессию дефектоскописта по УК, а также работающим в сфере проведения неразрушающего контроля для расширения области квалификации. Специалистам, ранее получившим удостоверение по допуску к работе с другими методами НК, в документ вносится запись о получении квалификации по УК, либо выдается новое удостоверение с действующим номером.
Также прохождение курсов необходимо для подтверждения квалификации специалиста в области НК. Он обязан пройти повторную аттестацию через 3 года (I, II уровень квалификации) или через 5 лет (III уровень). По окончании второго срока действия удостоверения необходимо его продление со сдачей экзамена (6, 10 лет).
Области ультразвукового контроля
- Оценка качества железобетонных конструкций в строительстве.
- Неразрушающий контроль качества сварных соединений.
- Диагностика остаточных напряжений в тонкостенных элементах камер.
- Оценка качества работы узлов и механизмов в авиатехнике.
- Анализ и аттестация ГТД из титанового сплава.
- Контроль конструкций из композиционных материалов (стеклопластик, углепластик).
Правила проведения УК регламентируются ГОСТ Р 55724-2013. Стандарт устанавливает методы и требования к проведению экспертизы сварных швов, выполненных с помощью дуговой, газовой и других видов сварки с выявлением трещин, непроваренных участков, посторонних включений.
Порядок обучения ультразвуковым методам НК
Слушателю предоставляется необходимый методический, учебный, практический материал при очном посещении или с использованием дистанционной формы с учетом нормы учебных часов по ультразвуковому методу: 40 ч. (I ур.), 80 ч. (II ур.). Для проверки знаний выдается список экзаменационных вопросов, тесты, тексты практических заданий. Перед проведением аттестации по УК слушатель подтверждает сведения об образовании, стаже, в том числе по заявленному методу. Сдается квалификационный экзамен, включающий общую, специальную часть и правила безопасности. При успешном прохождении испытания орган НОАП присваивает соискателю квалификацию, выдает удостоверение, вносит в реестр специалистов по НК.
Какие виды аттестации обязательны для специалиста НК
- Первичная — лицо впервые аттестуется на право получения допуска к работе в области неразрушающего контроля.
- Повторная — переаттестация проводится после окончания срока действия впервые выданного удостоверения (3–5 лет).
- Очередная — продление срока действия квалификационного документа через 6 лет (1, 2 уровень) и 10 лет (3 уровень) после прохождения второй аттестации.
- Расширение области НК — прохождение аттестации с целью включения в удостоверения новых методам неразрушающего контроля.
Документы, получаемые после прохождения курсов
- Квалификационное удостоверение по форме, установленной СДАНК-02-2020.
- Удостоверение о сдаче экзамена по Правилам безопасности.
- Протокол аттестационной комиссии установленной формы.
Преимущества сотрудничества с ПДО «Основа»
- Возможность выбрать любую форму обучения: очную или дистанционную.
- Предоставление слушателю всех необходимых материалов для подготовки.
- Предварительная проверка знаний с помощью экзаменационных вопросов.
- Всесторонняя помощь, обеспечивающая успешную аттестацию.
- Выдача удостоверения государственного образца.
Приглашаем к сотрудничеству заинтересованные организации и специалистов в области неразрушающего контроля к обучению на курсах по ультразвуковому контролю с получением законных документов. Длительный опыт работы на рынке образовательных услуг, отличная методическая и техническая база дают возможность нашим слушателям успешно провести подготовку к аттестации и без проблем сдать квалификационный экзамен.
Стоимость и срок прохождения аттестацииДля более точного расчета можете скачать анкету.
Скачать анкету можно здесь
Срок прохождения аттестации
От 1 недели с момента оплаты и предоставление всей необходимой документации.
Оплата услуг учебного центра производится через Банковский перевод по выставленному договору
От юридических лиц
Оплата услуг за обучение юридическими лицами возможна только после формирования договора и счета — по безналичному расчету.
От физических лиц
Заказчик услуги может произвести оплату счета за обучение через отделение любого банка, действующего на территории России
Почта России
7-10 рабочих дней
Бесплатно
По всей России
Курьерская доставка
От 1-3 рабочих дней
За счет получателя, по тарифу курьерской службы
По всей России
Курьер учебного центра
При заказе от 5 удостоверений от 1 до 3 рабочих дней
Бесплатно
В пределах Москвы и ближайшего Подмосковья
Личное получение
В рабочее время в 09.00-18.00
Бесплатно
На территории учебного центра
Адрес
г. Химки
улица Академика Грушина
дом 8, помещение 1
Телефон
8 (499) 372-09-62
8 (901) 543-54-25
Поддержка и консультации
Вы всегда можете обратиться за бесплатной консультацией по обучению к нашим ведушим менеджерам учебного центра.
- [email protected]
- Отправить заявку
Оставьте заявку на обучение
Метод | Уровень | Часы | Кол-во дней на экзамен | Примечания |
Рентгеновский контроль | 1 | 40 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с ISO 9712 / EN 473, EN 4179/NAS 410, SNT-TC-1A, но только один раз для всех методов.![]() |
2 | 80 | 1 | ||
3 | 40 | 1 | ||
Рентгеновский контроль — расшифровка | — | 40 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с EN 4179/NAS 410, AWS / SNT-TC-1A. |
2 | 56 | 1 | Непосредственный допукс к Уровню 2, система ISO 9712, EN 4179/NAS 410. | |
Цифровая радиография — расшифровка | — | 40(+40) | 1 | Дополнительные 40 часов не требуются для работников с квалификацией Уровня 2 по рентгеновскому контролю. |
Цифровая радиография | 2 | 40 | 1 | Дополнителнение к Уровню 2 по рентгеновскому контролю. |
Радиационная безопасность | — | 40 | 1 | Радиационная безопасность.![]() |
Ультразвуковой контроль | 1 | 40 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с ISO 9712 / EN 473, EN 4179/NAS 410, SNT-TC-1A, но только один раз для всех методов. |
2 | 80 | 1 | ||
3 | 40 | 1 | ||
Ультразвуковой контроль — фазированные решетки | 2 | 40 | 1 | Дополнителнение к Уровню 2 по ультразвуковому контролю. |
Дифракционно-временной метод контроля | 2 | 40 | 1 | |
Ультразвуковой контроль — композитные материалы | 2 | 40 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с EN 4179/NAS 410 (для аэрокосмоса). |
Ультразвуковой контроль толщины (труб) | — | 8 | 1 | Ультразвуковая толщинометрия.![]() |
Магнитопорошковый контроль | 1 | 24 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с ISO 9712 / EN 473, EN 4179/NAS 410, SNT-TC-1A, но только один раз для всех методов. |
2 | 40 | 1 | ||
3 | 32 | 1 | ||
Капиллярный контроль | 1 | 24 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с ISO 9712 / EN 473, EN 4179/NAS 410, SNT-TC-1A, но только один раз для всех методов. |
2 | 40 | 1 | ||
3 | 24 | 1 | ||
Вихретоковый контроль | 1 | 40 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с ISO 9712 / EN 473, EN 4179/NAS 410, SNT-TC-1A, но только один раз для всех методов.![]() |
2 | 48 | 1 | ||
3 | 48 | 1 | ||
Визуальный контроль | 1 | 24 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с ISO 9712 / EN 473, EN 4179/NAS 410, SNT-TC-1A, но только один раз для всех методов. |
2 | 40 | 1 | ||
3 | 24 | 1 | ||
Контроль течеисканием | 1 | 40 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с ISO 9712 / EN 473, EN 4179/NAS 410, SNT-TC-1A, но только один раз для всех методов. |
2 | 80 | 1 | ||
3 | 72 | 1 | ||
Термографический контроль | 1 | 40 | 1 | Основное обучение и экзамен в соответствии с ISO 9712 / EN 473, EN 4179/NAS 410, SNT-TC-1A, но только один раз для всех методов.![]() |
2 | 80 | 1 | ||
3 | 40 | 1 |
Дифракционно-временной метод (ToFD)
Ультразвуковой Дифракционно-временной метод НК
(Time of Flight Diffraction — ToFD)
Метод ToFD основан на взаимодействии ультразвуковых волн с краями несплошностей. Это взаимодействие приводит к излучению дифракционных волн в широком диапазоне углов. Обнаружение дифракционных волн позволяет установить наличие несплошности.
Время прохождения регистрируемых сигналов является мерой оценки высоты несплошности, тем самым позволяя измерить дефект. Размер несплошности всегда определяется временем прохождения дифракционных сигналов. Амплитуда сигнала не используется для определения размера.
Физическая сущность ToFD
Ультразвуковой дифракционно-временной метод основан на приеме волн, дифрагированных на вершинах дефекта.
Причем излучаются и применяются как продольные, так и поперечные волны.
Главная информационная характеристика – время прихода сигнала. Этот метод также называют времяпролетным, буквально переводя английское название Time of Flight Diffraction (ToFD).
Боковая волна (lateral wave): продольная волна, которая распространяется прямолинейно от излучающего до приёмного ПЭП в конфигурации ToFD. Термин обычно используют при контроле стыковых сварных соединений (излучатель и приёмник располагаются на одном уровне).
Два наклонных датчика продольной волны, используются для излучения и приема волны с каждой стороны сварного шва. Для большинства случаев достаточно контроля всей толщины за один проход. Для объектов большой толщины требуется контроль за несколько проходов. ToFD обнаруживает образ дефекта по сигналам дифрагированным с его краев. |
|
Дифракция волн (лат. Для объяснения этого явления необходимо воспользоваться принципом Гюйгенса, в соответствии с которым каждую частицу среды, приходящую в колебание вследствие распространения первичной падающей волны, можно рассматривать как точечный источник, излучающий вторичную элементарную сферическую волну. |
Краткий анализ результатов ToFD & RT
Выходящая на поверхность трещина (1) в сварном соединении толщиной 50 мм не обнаружена с помощью радиографии (RT). |
|
Анализ результатов контроля качества сварных швов, по данным ToFD и радиографии, показывает, что ToFD обеспечивает возможность проведения измерений глубины залегания дефекта, а так же информацию о высоте дефекта.![]() |
Метод ToFD является более чувствительным к дефектам плоскостного типа трещин в сравнении с RT.
Преимущества метода ToFD
Наиболее существенные отличия от стандартного эхо-импульсного метода:
- Возможность достижения более высокой точности при проведении измерений, как правило, ± 1 мм, а при повторном обследовании ± 0,3 мм.
- Независимость обнаружения дефекта от его углового положения.
- Измерение параметров дефекта основано на времени прохождения пути дифракционных сигналов и не зависит от амплитуды сигнала.
- Высокая производительность контроля, так как сканирование проводится вдоль одной линии с контролем всего объёма шва.
- Документирование и хранение результатов контроля.
- 100% воспроизводимость результатов контроля.
- Изменение величины эрозии металла внутренней поверхности.
- Альтернатива радиационному методу НК.
Точечные дефекты, вызывающие дифракцию волн (Point diffractors) |
Дефекты выходящие на наружную поверхность (Outside (ID) fare-surface-breaking flaws) |
Внутренние дефекты расположенные в центре шва (Midwall flaws) |
Дефекты на обратной поверхности (Inside (ID) fare-surface-breaking flaws). |
Дифракционно-временной метод ToFD применим, как правило, для материалов с относительно низкими уровнями затухания и рассеяния ультразвуковых волн. В большинстве случаев метод применим для нелегированных и низколегированных углеродистых сталей и сварных соединений, но также возможно его применение для мелкозернистых аустенитных сталей и алюминия. Крупнозернистые материалы и материалы со значительной анизотропией, такие как чугун, аустенитные сварные материалы и сплавы с высоким содержанием никеля, требуют дополнительной валидации и дополнительной обработки информации.
Сравнение производительности автономного декодирования в физиологически определенных классах нейронов
Мы зафиксировали пиковую активность отдельных единиц при первичном инфаркте миокарда, когда обезьяны выполняли различные задачи, связанные с верхней конечностью. Мы рассчитали ширину шипа каждой отсортированной единицы () и классифицировали ее как узкую или широкую. Затем мы сравнили производительность автономного декодирования этих двух классов ячеек во многих различных задачах. Предварительная версия этих результатов была представлена в виде материалов конференции [35].
Нейронные ансамбли с узкими и широкими импульсами
Мы использовали смешанную модель Гаусса, чтобы классифицировать нейроны как с узкими или широкими импульсами на основе ширины их волновых импульсов (). На каждом записанном наборе данных обучалась отдельная модель (сводная статистика каждой модели приведена в ). Чтобы убедиться, что каждое распределение действительно было бимодальным, мы подогнали дополнительные гауссовские смешанные модели с различным количеством гауссовских компонентов. Для всех наборов данных мы обнаружили, что двухкомпонентная модель (т. е. бимодальное распределение) имеет оптимальные значения AIC.Среднее пространственное расположение узких и широких спайковых нейронов по корковому листу существенно не отличалось (Бонферрони скорректировал тест Хотеллинга T 2 ), что позволяет предположить, что последующие результаты декодирования не связаны с различиями в расположении нейронов на корковом листе. .
Бимодальное распределение ширины пикового сигнала. Смешанная модель Гаусса использовалась для разделения нейронов из каждого набора данных на узкие и широкие категории пиков на основе ширины формы сигнала.Чтобы убедиться, что каждое распределение сигналов действительно было бимодальным, мы систематически варьировали количество гауссиан в смешанной модели и вычисляли AIC для выбора модели. Для каждого набора данных мы обнаружили, что смешанная модель, содержащая два компонента, лучше всего описывает данные.
Мы исследовали постоянство бимодального распределения во времени. У обезьян Rs и Rj мы проанализировали наборы данных, которые были собраны с интервалом 230 и 24 дня соответственно. Мы выполнили критерий однородности хи-квадрат, чтобы оценить, была ли пропорция единиц с узкими пиками одинаковой в наборах данных.Мы не обнаружили свидетельств существенной разницы в доле единиц с узкими спайками ( p < 0,42 и p < 0,18 для животных Rs и Rj соответственно) во времени.
Предыдущий статистический тест гарантировал, что относительная пропорция узких и широких единиц шипов была одинаковой во времени; однако мы не измеряли напрямую, была ли средняя ширина волны каждой популяции одинаковой во времени. Соответственно, мы выполнили тест t для средней ширины сигнала каждого класса во времени.У обоих животных мы не нашли доказательств, позволяющих предположить, что средняя ширина волны класса узких пиков значительно различалась во времени (Rs: t 49 = -0,82, p < 0,21, Rj: t 182 = -0,18, p < 0,43). Что касается нейронов с широкими шипами, Rs животных не показали значительных различий во времени ( t 20 = -0,26, p <0,40), хотя была значительная разница в Rj ( t 93 = — 1.97, р < 0,026).
Декодирование кинетики и кинематики
Мы построили простые линейные модели декодирования для прогнозирования различных кинематических и кинетических двигательных характеристик на основе активности узких или широких нейронных ансамблей. Для нашего первоначального анализа мы рассмотрели нейронные данные, которые были собраны, когда животные выполняли задание с инструктированной задержкой и достижением центра наружу. Мы обнаружили, что нейронные ансамбли с узкими импульсами превосходят ансамбли нейронов с широкими импульсами при различных размерах ансамбля (см. Методы для получения подробной информации об обучении и проверке модели).Мы выполнили двусторонний ANOVA, используя в качестве факторов класс формы сигнала (то есть узкий или широкий) и размер ансамбля. Мы наблюдали весьма значительное основное влияние класса формы сигнала на производительность декодирования для каждой функции двигателя (среднее улучшение в R 2 составило 0,15 для наборов данных/характеристик двигателя; p < 1e-8 для каждой комбинации набора данных/характеристики двигателя, Бонферрони с поправкой на множественные сравнения).
Производительность декодирования с использованием узких и широких нейронных ансамблей. Мы использовали стандартный причинно-следственный фильтр Винера с 20 отводами для декодирования кинематических и кинетических величин из нейронных данных, в то время как два животных выполняли задание с инструктированной задержкой и центральным выходом. Мы неоднократно (100 раз) брали случайные образцы нейронов с узкими или широкими импульсами, обучали модель декодирования, а затем тестировали ее производительность на отдельном наборе данных. Мы обнаружили, что нейронные ансамбли с узкими импульсами значительно превосходят ансамбли нейронов с широкими импульсами в различных системах координат (см. текст для сводной статистики).Каждый столбец указывает на другой набор данных. Отдельные точки соответствуют каждой из 100 случайных выборок, а сплошные линии указывают верхний 75-й процентиль производительности декодирования.
Одно из возможных объяснений различий в производительности декодирования для разных классов сигналов состоит в том, что оптимальное количество ответвлений для каждого класса сигналов может различаться. Чтобы проверить эту возможность, мы зафиксировали количество нейронов в декодере и систематически меняли количество отводов фильтра от четырех (200 мс истории) до 32 (1600 мс истории).Мы снова наблюдали, что нейроны с узкими спайками превосходили нейроны с широкими спайками независимо от количества отводов в модели (ANOVA, F 1784 = 139,81, p < 1e-8, F 1784 900 p < 1e-8, для x и y скорости соответственно), или регуляризация модели (, ANOVA, F 1,784 = 628,90, p 25 7 < 1e-8, 9008 = 270,81, p < 1e-8, для скорости x и y соответственно).Хотя производительность декодирования варьировалась в зависимости от количества отводов в модели, относительное улучшение от использования ансамблей с узкими импульсами было довольно постоянным во всем диапазоне отводов, при этом популяции с узкими импульсами всегда превосходили популяции с широкими импульсами ().
Учитывая, что количество нажатий в декодере не может объяснить разницу в способности к декодированию, мы затем попытались контролировать несколько базовых свойств ответа этих двух популяций. В целом нейроны с узкими спайками имели более высокую частоту срабатывания, более высокую дисперсию частоты срабатывания и более высокое отношение сигнал-шум формы сигнала (1), хотя в одном наборе данных, mk080828, нейроны с широкими спайками имели более высокую частоту срабатывания и дисперсию частоты срабатывания.Для двух наборов данных, b080725 и j141203, частота нейронов с узкими спайками была значительно выше (тест KS, p <0,0002 и p <0,003, соответственно, Бонферрони с поправкой на множественные сравнения), а вариабельность частоты нейронов с узкими спайками была значительно выше. (тест KS, p < 0,00 002 и p < 0,00 006 соответственно). Сигналы сигнал-шум нейронов с узкими пиками были значительно выше, чем SNR с широкими пиками в двух наборах данных, rs050225 и rs051013 (тест KS, p <0. 0002 для обоих наборов данных). Кроме того, нейроны с узкими спайками демонстрировали более сильную направленную избирательность, о чем свидетельствует их более высокая сила настройки (12). Эта тенденция была значимой в обоих наборах данных для животных Rj (критерий KS, p <0,007 для обоих наборов данных). Однако не было существенной разницы в распределении предпочтительных направлений по классам сигналов в любом наборе данных (критерий круговых медиан [36], p > 0,05 для всех наборов данных, ).
Свойства реакции ансамблей нейронов с узкими и широкими импульсами.Были оценены частота срабатывания, дисперсия срабатывания и сигнал SNR для каждого нейрона из каждого набора данных (подробности см. в разделе «Методы»), а затем сравнивались на основе категории ширины сигнала. Как правило, единицы с узкими пиками имели значительно более высокую частоту срабатывания и сигнал SNR (все наборы данных, кроме mk080828). Синие и красные полосы обозначают средние значения для каждого набора данных. Для наборов данных по центру мы оценили силу настройки каждого нейрона и предпочтительное направление. Опять же, сила настройки была значительно выше для нейронов с узкими шипами.
Мы разработали процедуру сопоставления для контроля любых предполагаемых различий между нейронами с узкими и широкими шипами (подробности см. в разделе «Методы»). Случайные выборки нейронов с широкими импульсами были сопоставлены с единицами с узкими импульсами, которые независимо друг от друга демонстрировали одинаковую скорость возбуждения, сигнал SNR, предпочтительное направление или силу настройки. Эта процедура сопоставления дала образцы нейронов с узкими и широкими шипами, которые имели статистически неразличимые средние значения. Даже после учета одного основного свойства реакции узкие импульсные единицы по-прежнему почти всегда превосходили широкие импульсные единицы по целому ряду двигательных характеристик (для скорости запястья и для x и y скорости).
Нейроны с узкими импульсами превосходят популяции с широкими импульсами даже после учета различий в характеристиках ответа. Мы неоднократно отбирали случайные выборки нейронов с узкими и широкими импульсами (размер ансамбля 30 для rj040114, 20 для rj040207 и rs050225 и 10 для rs051013), контролируя либо скорость возбуждения, дисперсию возбуждения, силу настройки, предпочтительное направление или форму сигнала SNR, используя процедура сопоставления (подробности см. в разделе «Методы»). Нейроны с узкими спайками превосходили нейроны с широкими спайками даже после учета различий в характеристиках ответа.
Основные различия в свойствах ответа не объясняют разницу в производительности декодирования. Здесь мы показываем гистограммы разницы в производительности декодирования (скорость x и y ) между популяциями с узкими и широкими импульсами. Средняя разница показана вертикальной пунктирной линией, а 0 — сплошной вертикальной линией. Почти в каждом случае (кроме двух, отмеченных звездочками) единицы с узкими добавками превзошли по эффективности единицы с широкими добавками даже после учета одного свойства ответа.
Расшифровка мышечной активности
Чтобы еще больше связать узкую импульсную нейронную активность с двигательной активностью, мы изучили данные изометрической задачи запястья по центру наружу. Здесь мы попытались предсказать активность 11 различных мышц верхних конечностей на основе узких и широких нейронных ансамблей (11). Мы обнаружили, что активность каждой мышцы также лучше прогнозировалась с помощью узких ансамблей импульсов (среднее улучшение R 2 составило 0,06 по всем двигательным характеристикам; ANOVA, EDC F 1,692 = 525; APL 9022 F
5 1,692
). = 416; FDP F 1,692 = 213; ECR F 1,692 = 810; EDC2 F 1,692 = 453; Brad F 1,692 = 354; PT F 1 692 = 488; FCU F 1,692 = 219; FDS F 1,692 = 335; FCR F 1,692 = 90; FDS2 F 1,692 = 625; p <1e-8 для всех мышц).
Декодирование мышечной активности с использованием узких и широких нейронных ансамблей Мы использовали стандартный причинно-следственный фильтр Винера с 20 отводами для декодирования мышечной активности по нейронным данным, когда животное выполняло изометрическое задание на сгибание запястья. Мы неоднократно (100 раз) брали случайные образцы нейронов с узкими или широкими импульсами, обучали модель декодирования, а затем тестировали ее производительность на отдельном наборе данных. Мы обнаружили, что нейронные ансамбли с узкими шипами превосходили ансамбли с широкими импульсами во всех мышцах.
Декодер Рида-Соломона — MATLAB rsdec
Синтаксис
декодировано = rsdec(code,n,k)
)
декодировано = rsdec(code,n,k,genpoly)
декодировано = rsdec(..., четность pos
[decoded,cnumerr] = rsdec(…)
[decoded,cnumerr,ccode] = rsdec(…)
Описание
decoded = rsdec(code,n,k)
попытки
декодировать полученный сигнал в коде
с помощью
[ n
, k
] Расшифровка Рида-Соломона
процесс с порождающим полиномом узкого смысла.
код
есть
Галуа
массив символов по m бит каждый. Каждый элемент n
строка кода
представляет собой искаженное систематическое кодовое слово,
где символы четности находятся в конце, а самый левый символ
самый значимый символ. n
не более 2 м -1.
Если n
не равно точно 2 м -1, предполагается, что rsdec
что код
является поврежденной версией сокращенного
код.
В массиве Галуа , декодированном
, каждая строка представляет
попытка декодирования соответствующей строки в код
.Ошибка декодирования возникает, если rsdec
обнаруживает
более (n-k)/2
ошибок подряд код
.
В этом случае rsdec
формирует соответствующую строку
из декодировано
простым удалением n-k
символов
с конца ряда код
.
расшифровано = rsdec(code,n,k,genpoly)
is
такой же, как синтаксис выше, за исключением того, что непустое значение genpoly
указывает
порождающий полином для кода. В этом случае
genpoly
является
вектор-строка Галуа, в котором перечислены коэффициенты в порядке убывания
мощности генераторного полинома. Порождающий полином должен
иметь степень n-k
. Чтобы использовать узкий смысл по умолчанию
полином генератора, установите genpoly
в []
.
расшифровано = rsdec(...,
указывает, были ли добавлены символы четности в коде четностьpos
)
или
перед сообщением в операции кодирования. паритетпоз
может быть либо "конец"
, либо "начало"
. По умолчанию 'конец'
. Если paritypos
'начало'
, сбой декодирования вызывает rsdec
удалить n-k
символов с начала, а не с конца
ряд.
[decoded,cnumerr] = rsdec(.
возвращает
вектор-столбец ..)
cnumerr
, каждый элемент которого
— количество исправленных ошибок в соответствующей строке кода
.Значение -1
в cnumerr
указывает
ошибка декодирования в этой строке в коде
.
[decoded,cnumerr,ccode] = rsdec(...)
возвращает ccode
,
исправленная версия код
. Массив Галуа ccode
имеет
тот же формат, что и , код
. Если ошибка декодирования
встречается в определенной строке кода
, соответствующий
строка в ccode
содержит эту строку без изменений.
tsRFun: комплексная платформа для расшифровки экспрессии, функций и прогностического значения тРНК человека с помощью высокопроизводительных данных РНК-Seq и CLIP-Seq | Исследование нуклеиновых кислот
Аннотация
малая РНК, полученная из тРНК (цРНК), новый тип регуляторной малой некодирующей РНК, играет важную роль в физиологических и патологических процессах. Однако понимание функционального механизма цРНК в клетках и их роли в возникновении и развитии заболеваний ограничено. Здесь мы объединили мультиомные данные, такие как данные транскриптома, эпитранскриптома и таргетома, и разработали новые компьютерные инструменты для создания tsRFun, комплексной платформы для облегчения исследований tsRNA (http://rna.sysu.edu.cn/tsRFun/ или http: //biomed.nscc-gz.cn/DB/tsRFun/). tsRFun оценил профили экспрессии tsRNA и прогностическое значение tsRNAs для 32 типов рака, идентифицировал целевые молекулы tsRNA, используя данные высокопроизводительного секвенирования CLASH/CLEAR или CLIP, и построил сети взаимодействия между tsRNAs, микроРНК и мРНК.В дополнение к своим возможностям представления данных tsRFun предлагает несколько онлайн-инструментов в режиме реального времени для идентификации tsRNA, предсказания целей и анализа функционального обогащения. Таким образом, tsRFun предоставляет ценный ресурс данных и несколько инструментов анализа для исследования tsRNA.
ВВЕДЕНИЕ
Малые РНК, полученные из тРНК (цРНК), представляют собой новый класс молекул функциональной РНК, которые происходят из зрелых тРНК или тРНК-предшественников и аберрантно экспрессируются в различных условиях (ультрафиолетовое излучение, тепловой шок, гипоксия, окислительное повреждение или вирусная инфекция) (1 –4).С быстрым развитием технологий высокопроизводительного секвенирования многие исследования показали, что tsRNAs участвуют в основных механизмах клеточной биологии, включая регуляцию генов, репрессию транспозонов, а также начало и прогрессирование заболевания (5–8).
Классы тРНК можно определить по положению сайта расщепления в транскрипте зрелой тРНК или предшественника (9), и они включают производные тРНК стресс-индуцированные РНК (тиРНК) (тиРНК-5 и тиРНК-3, расщепленные по антикодону). петля) и фрагменты, полученные из тРНК (тРФ) (тРФ-5, расщепленный по D-петле; тРФ-3, расщепленный по Т-петле; тРФ-и, расщепленный во внутренней области зрелой тРНК; и тРФ-1). -1, расщепленный на 3′-конце предшественника тРНК.Дополнительный рисунок S1) (10–12). В ранних исследованиях сообщалось, что tiRNAs образуются из зрелых tRNAs посредством расщепления angiogenin (ANG) и что tRFs возникают в результате расщепления либо зрелой tRNA, либо предшественника tRNA Dicer или ANG (13-15).
Многие исследования показали, что tRF и tiRNA могут служить новыми биомаркерами для диагностики и прогнозирования заболеваний. Ву и др. продемонстрировали диагностическую ценность tRF при колоректальном раке (16), а Zhu et al. продемонстрировали наличие большого количества цРНК в экзосомах и подчеркнули диагностическую ценность цРНК как многообещающих биомаркеров рака (17).TDR-000620, молекула цРНК, может служить независимым неблагоприятным прогностическим фактором безрецидивной выживаемости у пациентов с тройным негативным раком молочной железы (18). Однако исследования цРНК как новых маркеров рака все еще носят предварительный характер из-за отсутствия исчерпывающих ресурсов данных для анализа диагностической ценности цРНК.
Недавние исследования также показали, что цРНК выполняют важные биологические функции в клетках, связываясь с разнообразными белками. Goodarzi и др. показали, что tRF могут конкурировать за сайты связывания мРНК в YBX1, подавляя рост и инвазию клеток рака молочной железы (3).Кумар и др. показали, что tRF эволюционно консервативны и связываются с белками AGO для распознавания специфических РНК-мишеней (19). Исследователи идентифицировали большое количество комплексов Argonaute-tRF в данных CLIP-seq (19,20) и обнаружили, что молекулы tRF-5 и tRF-3 могут связываться с белками Argonaute посредством распознавания канонической мишени на основе семян. Анализ данных CLASH (скрещивание, лигирование и секвенирование химер) (21) показал, что молекулы tRF-5 и tRF-3 могут взаимодействовать с тысячами мРНК в клетках человека.Однако существующие инструменты анализа CLIP-seq в основном нацелены на исследование микроРНК (миРНК) и их мишеней, игнорируя взаимосвязь между внутриклеточными цРНК и их молекулами-мишенями.
МикроРНК и цРНК являются важными малыми РНК в клетках и могут регулировать экспрессию генов путем нацеливания на мРНК, но остается неясным, существуют ли между ними конкурентные или синергетические отношения. Исследования показали, что гены-мишени могут быть репрессированы как tsRNAs, так и miRNAs. Например, было обнаружено, что 10% генов, на которые нацелены AGO-связанные miRNAs, также являются мишенями tsRNAs (22).Сеть взаимодействия между tsRNAs, miRNAs и mRNAs может быть подтверждена гипотезой ceRNA. Следовательно, важно разработать инструмент анализа для изучения регуляторных сетей, состоящих из tsRNAs, miRNAs и mRNAs.
В этом исследовании мы разработали tsRFun, многофункциональную платформу, включающую инструменты базы данных и веб-сервера, которая имеет следующие цели. База данных содержит (i) исследование паттернов экспрессии и прогностического значения цРНК при различных типах рака; (ii) идентифицированные отношения между цРНК и их генами-мишенями; (iii) сконструированные сети взаимодействия цРНК, мРНК и микроРНК и (iv) предсказанные функции цРНК, выявленные с помощью анализа обогащения мишеней цРНК. Веб-сервер tsRFun оснащен тремя онлайн-инструментами: (i) tsRFinder для идентификации tsRNAs и количественной оценки их экспрессии на основе данных малых РНК-seq; (ii) tsRTarget для идентификации мишеней tsRNA и исследования кооперативных или конкурентных отношений между tsRNAs и miRNAs из секвенирования AGO CLIP и данных CLASH/CLEAR и (iii) tsRFunction для прогнозирования биологических функциональных эффектов tsRNAs в 15 типах наборов генов.
tsRFun предоставляет платформу для систематического анализа данных для всесторонней идентификации и анализа молекулярных характеристик, паттернов экспрессии, молекул-мишеней и сетей взаимодействия tsRNAs.В целом tsRFun объединяет обширные ресурсы данных и предлагает несколько разработанных аналитических инструментов, обеспечивая надежную поддержку для всестороннего выявления роли tsRNAs в физиологических и патологических процессах.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Сбор данных и предварительная обработка
tsRFun интегрировал несколько высокопроизводительных наборов данных секвенирования, а именно 10 572 малых набора данных RNA-seq, 381 набор данных AGO CLIP и 24 набора данных CLASH/CLEAR. Наборы данных RNA-seq были получены из базы данных The Cancer Genome Atlas (TCGA, 32 типа рака), данные CLIP и CLASH/CLEAR были загружены из базы данных SRA. Мы обрабатывали данные, применяя фильтры контроля качества и удаляя адаптеры секвенирования с помощью Cutadapt (версия 2.10) (23) и fastp (версия 0.20.1) (24).
Генная аннотация
Последовательности генома человека были получены с веб-сайта биоинформатики UCSC (25) (версия hg38), гены микроРНК были загружены из базы данных miRBase (26) (выпуск 22), а последовательности тРНК были загружены из базы данных GtRNAdb (27) (выпуск 18). .1). Последовательности зрелых тРНК были получены путем удаления последовательностей интронов и добавления хвоста «CCA» в конце исходных последовательностей тРНК. Пятьдесят нуклеотидных последовательностей ниже тРНК были извлечены из эталонного генома на основе их геномных координат. Сайты модификации тРНК были получены из RMBase (28) (выпуск 2. 0), базы данных, которая содержит модификации РНК, идентифицированные из наборов данных высокопроизводительного секвенирования.
Идентификация тРНК по данным секвенирования малых РНК
Рабочий процесс платформы tsRFun показан на рисунке 1.После предварительной обработки данных секвенирования малые РНК были картированы в геноме человека для удаления экзогенных РНК. Прочтения секвенирования, которые были успешно картированы с известными РНК-транскриптами (мРНК, мякРНК, мяРНК, рРНК, микроРНК или повторяющиеся последовательности), отбрасывались. Затем оставшиеся чтения были картированы на транскрипты предшественников и зрелых тРНК. Мы рассчитали значение P каждой позиции в транскриптах тРНК в соответствии с биномиальным распределением и выбрали сайты со значительным обогащением малых РНК со значением P < 0.01 (29).
Рисунок 1.
Рабочий процесс tsRFun. Блок-схема разделена на верхнюю и нижнюю части. В левой части верхней части показан процесс создания базы данных, а в правой части — процесс онлайн-инструмента анализа. В нижней части показаны четыре функциональных модуля платформы tsRFun и конкретное описание каждого модуля.
Рисунок 1.
Рабочий процесс tsRFun. Блок-схема разделена на верхнюю и нижнюю части.В левой части верхней части показан процесс создания базы данных, а в правой части — процесс онлайн-инструмента анализа. В нижней части показаны четыре функциональных модуля платформы tsRFun и конкретное описание каждого модуля.
Предполагается, что распределение прочтений секвенирования по транскриптам является случайным или непредвзятым; следовательно, вероятность ( p ) того, что фрагменты будут расположены в определенном положении 1 нуклеотида в определенном транскрипте, равна 1/( L — l + 1), где L и l — длины целевого транскрипта и секвенирование соответственно (30).{n — x}}\end{equation*}$$ (1)где k — наблюдаемое количество меток, присвоенных данному положению в зрелой последовательности или последовательности-предшественнике тРНК-мишени, а n — общее количество тегов, сопоставленных с целевым транскриптом.
Как известно, модификации РНК в цРНК могут мешать процессам лигирования адаптера и обратной транскрипции во время создания библиотеки малых РНК и, таким образом, препятствовать обнаружению цРНК, несущих эти модификации. Исследователи приложили усилия для разработки специальных экспериментальных методов для преодоления этого ограничения (31). Недавно Ши и соавт. разработали новый метод PANDORA-Seq (32) для эффективного удаления модификаций тРНК и разработали 5′- и 3′-концы фрагментов библиотеки таким образом, чтобы линкерные условия (например, 5′-фосфат, 3′-гидроксил ) можно встретить. Поэтому мы специально создали белый список в инструментах tsRFinder с добавлением высокодостоверных результатов tsRNA, идентифицированных с помощью PANDORA-Seq, а также других экспериментальных методов.Если пользователи используют данные, полученные с помощью этих специальных методов, для предсказания цРНК, они могут судить о том, находятся ли предсказанные цРНК в белом списке, тем самым повышая доверие. В то время как те исследователи, которые используют традиционный метод построения библиотеки малых РНК-секвенций, также могут узнать, какие важные молекулы цРНК могут быть пропущены в их данных.
Кроме того, из-за наличия химических модификаций тРНК она может вызывать неожиданные остановки в процессе обратной транскрипции или вызывать несовпадения. Следовательно, полученная цРНК может иметь ложноположительные результаты. Хотя исследования показали, что модификация tRNA мало влияет на идентифицированные tsRNAs (33). Основная причина заключается в том, что модификация тРНК приведет к тому, что обратная транскрипция не сможет распространиться на линкерную последовательность на 5′-конце, и соответствующий фрагмент не будет получен на последующем этапе ПЦР-амплификации. Однако, учитывая, что химическая модификация может также вызывать паузы обратной транскрипции и генерировать делеции или несоответствия в считываниях последовательности, мы специально собрали известные сайты модификации на тРНК и соответственно разработали набор стратегий наказания.При наличии несоответствия, вставки или удаления (вставки) мы устанавливаем различные стратегии наказания в зависимости от того, является ли сайт известным сайтом модификации. Например, в нормальных условиях несоответствие или погрешность вычитают 1 из общей оценки, однако, если несоответствие или погрешность возникает на сайте химической модификации, к общей оценке этого сайта добавляется оценка -0,5.
Если на этом сайте происходит идеальное совпадение, к общему баллу добавляется +1. Мы используем оценку в качестве параметра для выбора пользователями, и пользователи могут регулировать количество потенциальных цРНК, идентифицированных путем изменения значения оценки.
Идентификация мишеней тРНК по данным CLIP и CLASH/CLEAR
tsRTarget специализируется на предсказании целей tsRNA из наборов данных CLIP-seq. Многие исследования идентифицировали взаимосвязь между miRNAs и mRNAs (11), но они не предсказывают мРНК-мишени tsRNAs. Мы разработали два конвейера стратегий анализа для разных методов построения библиотеки CLIP-seq (дополнительный рисунок S2). Помимо минимальной длины/силы связывания, мы также учитывали эволюционную консервацию сайтов связывания цРНК-мРНК.Мы получили данные множественного выравнивания 99 геномов позвоночных с геномами человека из UCSC (12) и использовали программное обеспечение bigWigAverageOverBed (13) для расчета показателей сохранения сайтов связывания. tsRTarget будет сообщать только результаты со значением оценки сохранения выше 0,3, что повышает достоверность генов-мишеней tsRNA.
Для данных AGO CLIP мы использовали программное обеспечение Cutadapt (версия 2.10) и Trim Galore (версия 0.4.5), чтобы удалить последовательности адаптеров и некачественные чтения.Чтения менее 14 нуклеотидов отбрасывались. Затем мы свернули чтения с той же последовательностью и определили количество каждого уникального чтения. Прочтения, которые выровнены по той же цепи, что и исходные транскрипты тРНК, считались фрагментами тРНК. Затем мы получили мишени-кандидаты, которые были выровнены по мРНК и названы пиками с помощью протокола CTK (версия 1.1.3), который вычисляет количество перекрывающихся меток CLIP в каждой позиции генома, чтобы найти локальные максимумы (34). Мы использовали RNAhybrid (-c -b 1 -u 2 -v 2 -f 2,7 -n 40 -e -10 -m 70 -s 3utr_human) (35) и BLAST (-word_size 6, несовпадение ≤ 2, версия 2). .10.1) (36) для поиска пар между цРНК-кандидатами и мишенями.
Из данных CLASH/CLEAR мы идентифицировали химеры-кандидаты tsRNA-мишеней с базовой стратегией биоинформационного анализа, разработанной для miRNA-мишеней в технике CLASH (21,37). Во-первых, мы использовали программы Bowtie и BLAST для сопоставления химер-кандидатов с геномом и удаления поддельных химер, которые сопоставлялись с другими сайтами (дополнительный рисунок S3). Затем мы сопоставили чтения с эталоном тРНК и сохранили последовательности, которые частично соответствовали эталону тРНК (совпадающие чтения 14–40 нт и несовпадающие чтения> 8 нт).Затем химеры-кандидаты tsRNA-мишень были разделены на tsRNAs и последовательности-мишени. Предсказания структуры дуплекса для tsRNAs и областей-мишеней были сделаны с использованием RNAhybrid и BLAST.
Анализ выживаемости цРНК и анализ сети цеРНК
tsRFun отображал значения логарифмического ранга выживаемости P молекул цРНК в модуле «tsRSurvival», а графики выживаемости Каплана-Мейера использовались для визуализации эффективности цРНК при раке.

Реализация базы данных
tsRFun был создан с использованием MySQL (версия 5.7.26), PHP (версия 7.1.11), Apache (версия 2.4.39) и JavaScript. В процессе использовались несколько библиотек: Bootstrap (версия 4.5.0) управляет макетом и стилем; jQuery (версия 3.5.1) облегчает динамическое взаимодействие на веб-страницах; dataTable (версия 1.10.22) представляет результаты анализа в виде фрейма данных с функциями разбиения по страницам, фильтрации и поиска; Хайчарт (Версия 8.2.2) визуализирует результаты анализа различными способами; и GSEA (версия 4.1.0) (39) строит анализ обогащения набора генов. 15 типов наборов генов были загружены из базы данных MSigDB версии 6.2 (40) (дополнительная таблица S1). Вторичная структура тРНК была отображена с помощью инструмента JavaScript forna (41). tsRFun был разработан для нескольких браузеров, включая Google Chrome (17 и более поздние версии), Firefox (10 и более поздние версии), Apple Safari (6 и более поздние версии) и Internet Explorer (9 и более поздние версии). Мы загрузили код с открытым исходным кодом на Github и создали работающий конвейер, чтобы наши пользователи могли выполнять автономный анализ с помощью наших инструментов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Обзор платформы tsRFun
tsRFun призван предоставить онлайн-платформу для идентификации цРНК, прогнозирования мишеней, анализа функционального обогащения, а также профилирования панраковой экспрессии и анализа выживаемости цРНК при 32 типах рака. tsRFun состоит из шести основных компонентов: tsRinCancer, tsRSurvival, tsRNetwork, tsRFinder, tsRTarget и tsRFunction. В этом разделе мы даем полное описание модулей tsRFun.
Платформа tsRFun содержит три модели баз данных (tsRinCancer, tsRSurvival, tsRNetwork) и три модуля веб-сервера (tsRFinder, tsRTarget, tsRFunction). tsRinCancer объединяет образцы экспрессии tsRNA 10 572 образцов от 32 типов рака. tsRSurvival оценивает прогностическую ценность цРНК при раке с помощью логарифмического рангового теста и одномерной кокс-регрессии. tsRNetwork устанавливает сети ceRNA среди tsRNAs, miRNAs и mRNA с помощью гипергеометрических тестов. Инструмент tsRFinder может идентифицировать существующие tsRNAs в данных секвенирования малых РНК, загружаемых пользователями.Из данных секвенирования CLASH/CLEAR или CLIP, введенных пользователями, tsRTarget может идентифицировать возможные взаимодействия tsRNA-mRNA и потенциальные конкурентные отношения tsRNA-miRNA, а также может дополнительно построить сеть ceRNA с этими РНК. tsRFunction выполняет прогнозирование мишеней и анализ обогащения набора генов для интересующих пользователей tsRNA.
Функциональное описание модуля базы данных tsRFun
tsRinCancer
Модуль «tsRinCancer» исследует профили экспрессии tsRNA для разных типов рака на основе 3 ТБ необработанных данных секвенирования малых РНК. Сначала мы предварительно обрабатываем необработанные данные и с высокой степенью достоверности идентифицируем партию цРНК с помощью инструмента tsRFinder. Затем tsRinCancer обеспечивает комплексное представление tsRNAs по 32 типам рака. tsRinCancer показывает образцы экспрессии tsRNA для этих видов рака на графиках тепловой карты, и пользователи могут просматривать дифференциально экспрессируемые tsRNA между опухолевыми и нормальными образцами с помощью коробчатых диаграмм (рис. 2A).
Рисунок 2.
Введение и использование представления данных tsRFun.( A ) Страница tsRinCancer для tsRNAs с подробным профилем экспрессии при 32 типах рака. ( B ) Страница tsRSurvival с прогностическими значениями tsRNAs при раке. ( C ) Страница tsRNetwork с подробной информацией о предсказанных сетях ceRNA среди tsRNAs, miRNAs и mRNAs.
Рисунок 2.
Введение и использование представления данных tsRFun. ( A ) Страница tsRinCancer для tsRNAs с подробным профилем экспрессии при 32 типах рака. ( B ) Страница tsRSurvival с прогностическими значениями tsRNAs при раке. ( C ) Страница tsRNetwork с подробной информацией о предсказанных сетях ceRNA среди tsRNAs, miRNAs и mRNAs.
tsRSurvival
Модуль «tsRSurvival» оценивает прогностическую ценность цРНК в наборах данных о панраке. Подробно образцы разделены на группы с высокой и низкой экспрессией в соответствии со средним уровнем экспрессии каждой молекулы цРНК. Затем с помощью метода Каплана-Мейера и логарифмического рангового критерия рассчитывают значимость общей выживаемости.Выделены цРНК со значениями P <0,05. Пользователи могут загрузить изображение результатов анализа выживания непосредственно со страницы tsRSurvival (рис. 2B).
цРНКетворк
«tsRNetwork» строит сети взаимодействия между tsRNAs, miRNAs и mRNAs из данных 405 CLIP с помощью гипергеометрического теста (рис. 2C). Модуль tsRNetwork может определять взаимосвязь между tsRNAs и их целевыми генами из данных CLIP и CLASH/CLEAR. В соответствии с шаблоном расположения парных областей tsRNetwork получает результаты канонического и неканонического связывания, и пользователи могут просматривать гены-мишени для каждой tsRNA и шаблон парной структуры на странице tsRNetwork.tsRNetwork также отображает подробную информацию о tsRNAs и молекулах-мишенях, а также описание типа эксперимента.
Функциональное описание модуля веб-сервера tsRFun
Мы разработали веб-сервер tRF2Cancer в 2016 году (29). Обновленная платформа tsRFun содержит ряд улучшений и улучшений, основанных на исходном инструменте tsRFinder, и предоставляет два новых инструмента анализа: tsRTarget и tsRFunction (таблица 1).
Таблица 1.Основные улучшения tsRFun по сравнению с tRF2Cancer
Функции/функции данных . | tRF2Cancer
.![]() | цРФун . | ||
---|---|---|---|---|
Clear / Clash Data | None | Да | ||
None | ||||
Fasta | Fasta / FastQ | |||
TSRNA Идентификация | TRFS (‘Trffinder’) | TRFS и TIRNAS (‘TSRFinder’) | ||
Анализ PANCRACE | NOTE | TSRNA Targets Presentiction | Нет | Да (‘ЦРТАРГЕТ ‘) |
TSRNA Experient Profield | ~ 5000 TRFS | ~5000 TSRNAS | ||
None | Да | |||
Обогащение функций TSRNA | None | 15Types of Gene ‘tsRFunction’) |
Характеристики/функции данных национальности . | tRF2Cancer
.![]() | цРФун . | ||
---|---|---|---|---|
Clear / Clash Data | None | Да | ||
None | ||||
Fasta | Fasta / FastQ | |||
TSRNA Идентификация | TRFS (‘Trffinder’) | TRFS и TIRNAS (‘TSRFinder’) | ||
Анализ PANCRACE | NOTE | TSRNA Targets Presentiction | Нет | Да (‘ЦРТАРГЕТ ‘) |
TSRNA Experient Profield | ~ 5000 TRFS | ~5000 TSRNAS | ||
None | Да | |||
Обогащение функций TSRNA | None | 15Types of Gene ‘tsRFunction’) |
Основные улучшения tsRFun по сравнению с tRF2Cancer
Функции/функции данных
.![]() | tRF2Cancer . | цРФун . | ||
---|---|---|---|---|
Clear / Clash Data | None | Да | ||
None | ||||
Fasta | Fasta / FastQ | |||
TSRNA Идентификация | TRFS (‘Trffinder’) | TRFS и TIRNAS (‘TSRFinder’) | ||
Анализ PANCRACE | NOTE | TSRNA Targets Presentiction | Нет | Да (‘ЦРТАРГЕТ ‘) |
TSRNA Experient Profield | ~ 5000 TRFS | ~5000 TSRNAS | ||
None | Да | |||
Обогащение функций TSRNA | None | 15Types of Gene ‘tsRFunction’) |
Характеристики/функции данных национальности
.![]() | tRF2Cancer . | цРФун . | ||
---|---|---|---|---|
Clear / Clash Data | None | Да | ||
None | ||||
Fasta | Fasta / FastQ | |||
TSRNA Идентификация | TRFS (‘Trffinder’) | TRFS и TIRNAS (‘TSRFinder’) | ||
Анализ PANCRACE | NOTE | TSRNA Targets Presentiction | Нет | Да (‘ЦРТАРГЕТ ‘) |
TSRNA Experient Profield | ~ 5000 TRFS | ~5000 TSRNAS | ||
None | Да | |||
Обогащение функций TSRNA | None | 15Types of Gene ‘tsRFunction’) |
tsRFinder
Модуль tsRFinder позволяет пользователям вводить или загружать данные секвенирования малых РНК в формате FASTQ/FASTA для проведения высокочувствительного анализа идентификации цРНК. Пользователи могут указать такие параметры, как количество допустимых несоответствий, диапазон длин цРНК и значение P , чтобы сузить результаты прогнозирования цРНК. Результаты анализа цРНК показаны в таблице с подробной информацией, включая тип цРНК, длину цРНК, информацию об источнике тРНК и положение фрагмента (рис. 3А). Пользователи могут сортировать таблицу данных по столбцам и загружать файл в формате Excel или CSV. Дополнительную информацию о тРНК, такую как распределение прочтений последовательности, визуализацию распределения прочтений на исходной тРНК, структуру исходной тРНК и характер экспрессии для 32 типов рака в TCGA, можно найти в разделах «Подробности» и «Экспресс». в ссылках Рака.Кроме того, tsRFun позволяет пользователям выбирать несколько tsRNAs для дальнейшего функционального предсказания. Кроме того, пользователи могут либо скопировать результаты в буфер обмена, либо загрузить файл в формате Excel или CSV.
Рисунок 3.
Введение и использование онлайн-инструментов tsRFun. ( A ) Страница tsRFinder для идентификации tsRNAs данных последовательностей малых РНК со страницами подробного типа и экспрессии. ( B ) Страница tsRTarget для предсказания целей tsRNAs для данных CLASH/CLEAR и CLIP seq с подробной информацией о tsRNAs, выравниванием и конкурентной сетью эндогенных РНК.( C ) Страница tsRFunction для предсказания функции tsRNAs.
Рисунок 3.
Введение и использование онлайн-инструментов tsRFun. ( A ) Страница tsRFinder для идентификации tsRNAs данных последовательностей малых РНК со страницами подробного типа и экспрессии. ( B ) Страница tsRTarget для предсказания целей tsRNAs для данных CLASH/CLEAR и CLIP seq с подробной информацией о tsRNAs, выравниванием и конкурентной сетью эндогенных РНК. ( C ) Страница tsRFunction для предсказания функции tsRNAs.
цРТаржет
Модуль «tsRTarget» позволяет пользователям вводить или загружать данные CLIP, CLASH или CLEAR для прогнозирования потенциальных взаимодействий tsRNA-мишень на основе канонических и неканонических начальных шаблонов. Кроме того, tsRTarget создает конкурентоспособную сеть эндогенных РНК с результатами анализа, полученными из данных CLIP, введенных пользователями (рис. 3B).
цРФункция
Модуль «tsRFunction» объединяет список взаимодействий цРНК-мРНК из полученных данных CLIP, CLASH и CLEAR и предоставляет функцию анализа функционального обогащения в режиме реального времени для аннотации генной онтологии цРНК в 15 типах наборов генов, включая GO, KEGG , Реактом, ПАНТЕРА и т.д.По умолчанию количество результатов обогащения набора генов с самым высоким рейтингом составляет 20 (рис. 3C).
Сравнение с другими базами данных цРНК и веб-сервером
Существует несколько баз данных и онлайн-инструментов для исследования tsRNA, включая tRFdb (42), MINTbase 2.0 (43), tRFexplorer (44), tsRBase (45), tRFtarget (46), tRFTar (47) и tRF2Cancer (29). Среди них tRFdb была первой базой данных tRF, содержащей в общей сложности 12 877 tRF из более чем 100 библиотек малых РНК, но tRFdb не хранит молекулы tiRNA и не обновлялась с 2015 года. MINTbase 2.0 и tRFexplorer фокусируются на моделях экспрессии цРНК при различных типах рака человека. Однако MINTbase 2.0 не содержит tsRNAs, полученных из предшественников tRNA (tRF-1), а tRFexplorer не включает молекулы tiRNAs (tiRNA-5 и tiRNA-3) и молекулы tRF-i. tRF2Cancer предназначен только для идентификации молекул tRF и не обновлялся с 2016 года.
Многие исследователи обнаружили большое количество комплексов Argonaute-tsRNA в данных CLIP-seq (19,20) и обнаружили, что молекулы tRF-5 и tRF-3 может связываться с белками Argonaute путем распознавания канонической мишени на основе семян.Следовательно, tsRBase, tRFtarget и tRFTar были разработаны для изучения tsRNAs и их мишеней на основе данных CLIP-seq. Доступные сетевые и независимые инструменты, описанные выше, отражают постоянный интерес к tsRNAs в исследовательском сообществе. Однако эти инструменты не позволяют пользователям загружать высокопроизводительные данные секвенирования в формате FASTQ или FASTA для выявления уникальных взаимосвязей между тРНК и их мишенями. Хотя прямое сравнение с точки зрения масштаба, функциональности, простоты использования и других параметров является сложным и частично субъективным, мы стремились предоставить хотя бы обзор набора широко используемых инструментов более широкого анализа, которые доступны как в виде баз данных, так и в виде веб-серверов.Таким образом, мы оценили несколько функций инструментов tsRNA и представляем результаты, отсортированные по дате публикации (таблица 2). Анализ показывает ожидаемую закономерность: последние базы данных обладают более широким набором функций, чем более ранние базы данных. Платформа tsRFun предоставляет всесторонние возможности онлайн-анализа и включает в себя дополнительные функциональные инструменты tsRNA.
Сравнение tsRFun с существующими базами данных tsRNA