 Ειραγχγή  Μεςαλλάνειπ και αρθέμειεπ  Βιξπληοξτξοική και:

yakcombsBiotechnology

Sep 29, 2013 (4 years and 1 month ago)

95 views

1
ΑΚ. ΕΣΟ΢: 20
10
-
201
1
ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΣΑΠΣΤΦΙΑΚΩΝ ΢ΠΟΤΔΩΝ ΙΑΣΡΙΚΗ΢ Α.Π.Θ.
΢ΣΟΙΦΕΙΑ ΜΟΡΙΑΚΗ΢ ΒΙΟΛΟΓΙΑ΢ & ΕΥΑΡΜΟΓΕ΢ ΢ΣΗΝ ΙΑΣΡΙΚΗ

Ειραγχγή

Μεςαλλάνειπ και αρθέμειεπ

Βιξπληοξτξοική και:

Μελέςη ςηπ γξμιδιακήπ έκτοαρηπ

Μεθσλίχρη/
CpG islands

Μεςαγοατικξί παοάγξμςεπ

Μάςιρμα

Θέρειπ μαςίρμαςξπ

Εμαλλακςικό μάςιρμα

Εμιρυσςέπ/καςαρςξλείπ μαςίρμαςξπ

Επαμαλαμβαμόμεμεπ αλληλξσυίεπ

Διάρπαοςεπ/ρσμευόμεμεπ επαμαλήφειπ
2

Μη ρσμώμσμεπ μεςαλλάνειπ

επίδοαρη ρςη
ρύμθερη και λειςξσογία ςχμ ποχςεψμώμ

΢σμώμσμεπ μεςαλλάνειπ

επίδοαρη ρςη ρύμθερη
και λειςξσογία ςχμ ποχςεψμώμ μέρα από
οσθμιρςικά ρςξιυεία πξσ καθξοίζξσμ:

Σα επίπεδα ςηπ έκτοαρηπ

DNA
μεθσλίχρη/
CpG islands
/Μεςαγοατικξί παοάγξμςεπ

Μάςιρμα/Εμαλλακςικό μάςιρμα

Επαμαλαμβαμόμεμεπ αλληλξσυίεπ

If natural selection distinguishes primarily between
proteins that function well and those that do not, then
synonymous substitutions should be observed more
frequently than
nonsynonymous
ones.

However, of the 47 substitutions that have
accumulated within the human and rabbit beta
-
like
globin
genes in the past 100 millions years, 27
synonymous substitutions and 20 are non
-
synonymous
substitutions.

This is especially remarkable in light of the fact that
there were almost three times as many opportunities
for non
-
synonymous substitutions within the coding
sequence of the gene.
Krane
DE,
Raymer
ML, Fundamental concepts of bioinformatics, Pearson Education
3

΢ςξμ ρπξοαδικό καοκίμξ ςξσ μαρςξύ ςξ 10%
ςχμ μεςαλλάνεχμ ρςξ γξμίδιξ
p53
είμαι
ρσμώμσμεπ και ρσμδέξμςαι με οσθμιρςικέπ
πεοιξυέπ μαςίρμαςξπ.

΢ςξ γεμεςικό ρύμδοξμξ
Li
-
Fraumeni
(
κληοξμξμικόπ καοκίμξπ) ξι μιρέπ
μεςαλλάνειπ ςξσ γξμιδίξσ
p53
δε ρσμδέξμςαι
με ρημαμςικέπ αλλαγέπ βάρεχμ.
4
Σύνδπομο
Marfan
: 2
ζςνώνςμερ μεηαλλάξειρ
εμποδίζοςν ηο μάηιζμα
Μεθσλίχρη/
CpG islands/
Μεςαγοατικξί παοάγξμςεπ
5

Εμταμίζεςαι ρςημ κσςξρίμη ςχμ
CpG
διμξσκλεξςιδίχμ

Η μεθσλίχρη ρςξυεύει ςημ πλειξφητία ςχμ θέρεχμ
CpG
ρςξ γξμιδίχμα ςξσ αμθοώπξσ

Λόγχ μεςαλλάνεχμ ξι θέρειπ
CpG
ρςξ γξμιδίχμα ςξσ
αμθοώπξσ μειώμξμςαι
(1
αμά 80
διμξσκλεξςίδια
)

Η διατξοική μεθσλίχρη ςηπ
κσςξρίμηπ
παοαςηοείςαι
ρε διατξοεςικξύπ ιρςξύπ και ρε αρθέμειεπ

Σα μεθσλιχμέμα και ςα μη
-
μεθσλιχμέμα
CpG
εμταμίζξσμ διατξοεςικά υαοακςηοιρςικά ρςιπ
αλληλξσυίεπ

Η υαοςξγοάτηρη ςηπ μεθσλίχρηπ αμξίγει ςξ δοόμξ
για ςη διεοεύμηρη ςηπ επίδοαρηπ ρςα επίπεδα ςηπ
έκτοαρηπ

Ξεκίμηρε ςξ 2003 μεςά ςημ ξλξκλήοχρη ςξσ
Human
Genome Project

1.9 εκαςξμμύοια ςιμέπ ςηπ μεθσλίχρηπ ρε θέρειπ
CpG

Φοχμξρώμαςα, 6, 20, 22

43 δείγμαςα από 12 διατξοεςικά όογαμα
Παοάδειγμα εγγοατήπ
http://www.epigenome.org
6
Ποόβλεφη ρςόυχμ ςηπ μεθσλίχρηπ
από ςα υαοακςηοιρςικά ςηπ
αλληλξσυίαπ
http://bio.dfci.harvard.edu/Methylator/
Επικόλληρη αλληλξσυίαπ
Επιλξγή καςχτλίξσ
Απξςελέρμαςα
Τπεομεθσλιχμέμεπ
θέρειπ
Τπξμεθσλιχμέμεπ
θέρειπ
7

Πεοιξυέπ πλξύριεπ ρε
CpG
πξσ εμταμίζξμςαι ρε
ποξαγχγείπ
και ςείμξσμ μα είμαι αμεθσλίχςεπ

Η μεθσλίχρη ςηπ
κσςξρίμηπ
ρε
CpG islands
ρυεςίζεςαι
με ςημ εμτάμιρη αρθεμειώμ π.υ. καοκίμξπ

Φοήρη ςχμ
CpG islands
ρςημ ποόβλεφη ςηπ
μεθσλίχρηπ
Gardiner
-
Garden:

GC
πεοιευόμεμξ (
GC content)
πάμχ από 5
0%

Ο λόγξπ ςξσ παοαςηοξύμεμξσ (
observed)
και
αμαμεμόμεμξσ
(expected)
αοιθμξύ ςχμ
CpG
διμξσκλεξςιδίχμ
μεγαλύςεοξπ από 0.6

μήκξπ μεγαλύςεοξ ςχμ 200 βάρεχμ
Takai
Johns:

GC content >
55%

Observed/expected > 0.65

Μήκξπ μεγαλύςεοξ από 500 βάρειπ
8
http://www.ebi.ac.uk/Tools/emboss/cpgplot/
Κοιςήοια
CpG islands
Επικόλληρη
αλληλξσυίαπ
CpG island
CpG island
9

Οι
μεςαγοατικξί παοάγξμςεπ (
transcription factors, TF)
είμαι
ποχςεΐμεπ
με οσθμιρςικό οόλξ ρςη μεςαγοατή

Οι
TF
δερμεύξμςαι ρε ρσγκεκοιμέμεπ θέρειπ (
transcription factor
binding site, TFBS)
και ελέγυξσμ ςημ μεςαγοατή π.υ. ρςξσπ
ποξαγχγείπ

Οι
TFBS
εμταμίζξμςαι με ρσυμόςηςα 3 τξοέπ μεγαλύςεοη ρε μη
-
μεθσλιχμέμα
CpG islands

Η παοξσρία μεθσλίχρηπ μπξοεί μα εμπξδίρει ςη δέρμεσρη ςχμ
TF
και ςημ εμεογξπξίηρη ςηπ μεςαγοατήπ
DNA
TF
RNA
TFBS
Μεηαγοαθή
DNA

RNA
Sandelin
, A. et al.
Nucl
. Acids Res. 2004 32:D91
-
D94; doi:10.1093/nar/gkh012
Δεδξμέμηπ μιαπ αλληλξσυίαπ
DNA
και μιαπ λίρςαπ
TFBS
πξια από ασςά
οσθμίζξσμ ςη μεςαγοατή ςηπ αλληλξσυίαπ;
http://jaspar.cgb.ki.se/
10
Μάςιρμα/Εμαλλακςικό μάςιρμα
/
Εμιρυσςέπ μαςίρμαςξπ
K
-
value paradox
Πολυπλοκότητα
vs.
Πλήθος χρωμοσωμάτωμ
46
250
Ophioglossum
reticulatum
Homo sapiens
Lysandra
atlantica
1260
11
C
-
value paradox
Πολυπλοκότητα
vs.
Μέγεθος γομιδιώματος
3.2x10
9
bp
6.7x10
11
bp
Homo sapiens
Amoeba
dubia
~3
0.
000
γξμίδια
~
50
.
000
γονίδια
Ν
-
value paradox
Πολυπλοκότητα
vs.
Πλήθος γομιδίωμ
12

΢σμαιμεςικέπ αλληλξσυίεπ θέρεχμ μαςίρμαςξπ

Καμόμαπ
GT
-
AG: GT (
Αουή
ιμςοξμίξσ
)

AG (
Σέλξπ
ιμςοξμίξσ
)

Οι
SR
(
Serine
Arginine
rich)
ποχςεΐμεπ ποξρελκύξσμ ςξ
ρχμάςιξ μαςίρμαςξπ ρςιπ θέρειπ μαςίρμαςξπ

ESEs (Exonic Splicing Enhancers):
Θέρειπ δέρμεσρηπ ςχμ
SR

Μεςαλλάνειπ (ακόμα και ριχπηοέπ) ρςιπ θέρειπ μαςίρμαςξπ και
ρςιπ θέρειπ ούθμιρηπ μαςίρμαςξπ επηοεάζξσμ ςημ επιλξγή
θέρεχμ μαςίρμαςξπ

60% ςχμ γξμιδίχμ εμταμίζξσμ εμαλλακςικό μάςιρμα

80%
ςχμ γεγξμόςχμ επηοεάζξσμ ςη ρύμθερη ςηπ ποχςεΐμηπ

30.000 γξμίδια

90.000 ποχςεΐμεπ

15% ςχμ γεμεςικώμ αρθεμειώμ ρσμδέξμςαι με εμαλλακςικέπ μξοτέπ
μαςίρμαςξπ

Διατξοξπξίηρη αμά ιρςό, παθξλξγική καςάρςαρη και τάρη
αμάπςσνηπ
13
Παοαδείγμαηα επίδοαζηπ ηωμ μεηαλλάνεωμ ζηξ μάηιζμα
3
5
4
1
2
A
B
C
Μεηαλλάνειπ Α,Β,
C
1
2
μεηάλλανη
A
α
πξρζία ημήμαηξπ
ηξρ
mRNA
5
4
1
2
μεηάλλανη
B
απξρζία
ενξμίξρ
3
3
5
4
1
2
μεηάλλανη
C
μεγαλύηεοξ
ενόμιξ
4
3
5
4
1
2
Καμία μεηάλλανη
θρζιξλξγικό
mRNA
Φρζιξλξγική
ποωηεΐμη
εμεογή
Γλλιπήπ ποωηεΐμη
αμεμεογή
Ποωηεΐμη διαθξοεηικξύ μεγέθξρπ
αμεμεογή ή με
έ
κηοξπη λειηξρογία
14
Η καςαμόηρη
ςχμ μηυαμιρμώμ επιλξγήπ ςχμ θέρεχμ μαςίρμαςξπ
είμαι απαοαίςηςη για ςημ αμάπςσνη ρςοαςηγικώμ για ςημ
επιδιόοθχρη ςχμ παοεκκλίρεχμ ςξσ μαςίρμαςξπ ρε αρθέμειεπ.

Μεςαλλάνειπ
πξσ
επιδοξύμ
ρςημ
ποχςεψμική
ρύμθερη
και
ρυεςίζξμςαι
με
ςξ
μάςιρμα
Παοαδείγμαςα
:
Spinal
Muscular
Atrophy
Retinitis
Pigmentosa
Myotonic
Dystrophy

Μεςαλλάνειπ
πξσ
επιδοξύμ
ρε
έμα
ρσγκεκοιμέμξ
mRNA
και
εμπξδίζξσμ
ςημ
επιλξγή
ςηπ
θέρηπ
μαςίρμαςξπ
Παοαδείγμαςα
:
β
-
Thalassemia
Duchenne
Muscular
Dystrophy
Cystic
Fibrosis
Frasier
Syndrome
Frontotemporal
Dementia
and
Parkinsonism

ASD:
Alternative splicing database
(
http://www.ebi.ac.uk/asd/
)

Astalavista
:
Alternative Splicing
transcriptional landscape visualization tool
(
http://genome.imim.es/astalavista/
)

ProSplicer
:
Βάρη δεδξμέμχμ εμαλλακςικξύ
μαςίρμαςξπ από δεδξμέμα ποχςεψμώμ,
mRNA
(
http://prosplicer.mbc.nctu.edu.tw/
)
15
ςύπξπ εμαλλακςικξύ
μαςίρμαςξπ
Πεοιξυή
αμαζήςηρηπ
Αμαζήςηρη
αμά γξμίδιξ
ASD
1/
4
Επιλξγή
γξμιδίχμ με
ρσγκεκοιμέμη
λειςξσογία
Επιλξγή
γξμιδίχμ με
SNP
καςαγοατέπ
ASD
2/
4
16
ASD
3/
4
Υίλςοα αμαζήςηρηπ
Απξςέλερμα αμαζήςηρηπ
ASD
4
/
4
17
http://kedip.med.auth.gr/splice/shapiro.html
Επικόλληρη
αλληλξσυιώμ
Απξςελέρμαςα
αλγξοίθμξσ
http:// rulai.cshl.edu/tools/ESE/
SF2/ASF
SF2/ASF
(BRCA1)
SC35
SRp40
SRp55
18
http:// rulai.cshl.edu/tools/ESE/
SF2/ASF
SF2/ASF
(BRCA1)
SC35
SRp40
SRp55
΢σμευόμεμεπ/Διάρπαοςεπ αλληλξσυίεπ
19
Διάρπαοςεπ
επαμαλήφειπ
(
interspersed)
΢σμευόμεμεπ
επαμαλήφειπ
(
tandem
)

SINE (Short Interspersed Repeats)

100
-
500bp

Μέυοι
1
.000.000 αμςίγοατα

Παοάδειγμα
: “
Alu

επαμαλήφειπ

13 %
ςξσ γξμιδιώμαςξπ ςξσ
αμθοώπξσ

LINE (Long Interspersed Repeats)

Μέυοι
7
.000
bp

4
.
000

100
.
000
αμςίγοατα

Παοαδείγμαςα
: LINE1, LINE2, LINE3

21 %
ςξσ γξμιδιώμαςξπ ςξσ
αμθοώπξσ
Satellite

Επαμαλαμβαμόμεμεπ αλληλξσυίεπ
μήκξσπ
1
-
1000
bp
Mini
-
satellite
: 6
-
20
bp

Πξλσμξοτικέπ θέρειπ

Ρύθμιρη ςηπ γξμιδιακήπ έκτοαρηπ
Micro
-
satellite
: 1
-
5
bp

Μεςαβληςόπ αοιθμόπ αμςιγοάτχμ
αμά άμθοχπξ

΢σρυέςιρη με αρθέμειεπ π.υ.
Fragile
X syndrome, Huntington’s disease,
Myotonic
dystrophy

Σα ενόμια πξσ πεοιέυξσμ επαμαλαμβαμόμεμα ρςξιυεία
εμταμίζξσμ εμαλλακςικό μάςιρμα

Σα επαμαλαμβαμόμεμα ρςξιυεία είμαι
σπξμεθσλιχμέμα
ρςξμ
καοκίμξ και ρυεςίζξμςαι με ςημ ενέλινη ςηπ αρθέμειαπ
20

Σξ
RepeatMasker
(
http://www.repeatmasker.org
)
εμςξπίζει
επαμαλαμβαμόμεμα ρςξιυεία
(interspersed
repeats)
και υαμηλήπ πξλσπλξκόςηςαπ πεοιξυέπ
π.υ.
tandem repeats
ρε μια
DNA
αλληλξσυία

RepBase
:
Βιβλιξθήκη με υαμηλήπ
πξλσπλξκόςηςαπ και επαμαλαμβαμόμεμα ρςξιυεία
πξσ υοηριμξπξιεί ςξ
RepeatMasker

΢σρςξίυιρη για αμαζήςηρη ξμξιξςήςχμ

Επαμαλαμβαμόμεμεπ αλληλξσυίεπ:
50%
ςξσ
γξμιδιώμαςξπ ρςξμ άμθοχπξ
http://www.repeatmasker.org/cgi
-
bin/WEBRepeatMasker
Επικόλληρη αλληλξσυίαπ
Επιλξγή ξογαμιρμξύ
21
http://www.repeatmasker.org/cgi
-
bin/WEBRepeatMasker
Καςηγξοία &
πλήθξπ
εμταμίρεχμ
ςξσ ρςξιυείξσ
Πλήθξπ
βάρεχμ &
ρσυμόςηςα
εμτάμιρηπ
ρςημ
αλληλξσυία
C+G content
΢σμξλικό
μήκξπ
ςχμ
ρςξιυείχμ
ΠΑΡΟΤ΢ΙΑ΢Η