Accurate allocation of multimapped reads enables regulatory element analysis at repeats

生物 计算生物学 遗传学 DNA转座因子 直接重复 转座因子 DNA 基序列 基因 基因组
作者
Alexis Morrissey,Jeffrey Shi,D. J. James,Shaun Mahony
出处
期刊:Genome Research [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.1101/gr.278638.123
摘要

Transposable elements (TEs) and other repetitive regions have been shown to contain gene regulatory elements, including transcription factor binding sites. However, regulatory elements harbored by repeats have proven difficult to characterize using short-read sequencing assays such as ChIP-seq or ATAC-seq. Most regulatory genomics analysis pipelines discard "multimapped" reads that align equally well to multiple genomic locations. Because multimapped reads arise predominantly from repeats, current analysis pipelines fail to detect a substantial portion of regulatory events that occur in repetitive regions. To address this shortcoming, we developed Allo, a new approach to allocate multimapped reads in an efficient, accurate, and user-friendly manner. Allo combines probabilistic mapping of multimapped reads with a convolutional neural network that recognizes the read distribution features of potential peaks, offering enhanced accuracy in multimapping read assignment. Allo also provides read-level output in the form of a corrected alignment file, making it compatible with existing regulatory genomics analysis pipelines and downstream peak-finders. In a demonstration application on CTCF ChIP-seq data, we show that Allo results in the discovery of thousands of new CTCF peaks. Many of these peaks contain the expected cognate motif and/or serve as TAD boundaries. We additionally apply Allo to a diverse collection of ENCODE ChIP-seq data sets, resulting in multiple previously unidentified interactions between transcription factors and repetitive element families. Finally, we show that Allo may be particularly beneficial in identifying ChIP-seq peaks at centromeres, near segmentally duplicated genes, and in younger TEs, enabling new regulatory analyses in these regions.

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