CB10
Z MBI
Obsah
Gény, evolúcia a komparatívna genomika v UCSC genome browseri (cvičenie pri počítači)
K hladaniu genov pozri aj prezentaciu pdf
Histónové modifikácie
- A. Barski, S. Cuddapah, K. Cui, T. Roh, D. Schones, Z. Wang, G. Wei, I. Chepelev, K. Zhao (2007) High-Resolution Profiling of Histone Methylations in the Human Genome Cell, Volume 129, Issue 4, Pages 823-837 pdf
- Zobrazme si gén CLCA4 [1]
- Zapnite si štandardnú sadu track-ov
- Po kliknutí na gén si môžete prečítať o jeho funkcii, po kliknutí na ľavú lištu alebo na názov tracku v zozname na spodku stránky si môžete prečítať viac o tracku a meniť nastavenia
- V tracku RefSeq genes si všimnite, že v tejto databáze má tento gén dve formy zostrihu, jedna z nich sa považuje za nekódujúcu, pretína sa aj s necharakterizovanou nekódujúcou RNA na opačnom vlákne
- Track RefSeq a jeho subtrack RefSeq Curated treba zapnut na pack
- Nižšie vidíte track H3K27Ac Mark (Often Found Near Regulatory Elements) on 7 cell lines from ENCODE, kde bola táto histónová modifikácia v okolí génu detegovaná?
- Všimnite si aj track DNase I Hypersensitivity, ktorý zobrazuje otvorený chromatin, prístupný pre viazanie transkripčných faktorov. Všimnite si jeho súvis s H3K27Ac trackom
- Obidva tracky sú súčasťou tracku ENCODE regulation, v ktorom si môžete zapnúť aj ďalšie pod-tracky
- Takisto v tracku GTEx vidíme, v ktorých tkanivách je gén exprimovaný, porovnajte s okolitými génmi
- Vsimnime si track Vertebrate Multiz Alignment & Conservation (100 Species)
- v spodnej casti tracku vidime zarovnania s roznymi inymi genomami
- v nastaveniach tracku zapnite Element Conservation (phastCons) na full a Conserved Elements na dense
- v tomto tracku vidíme PhyloP, co zobrazuje uroven konzerovanosti danej bazy len na zaklade jedneho stlpca zarovnania a dva vysledky z phyloHMM phastCons, ktory berie do uvahy aj okolite stlpce
- Konkretne cast Conserved elements zobrazuje konkretne useky, ktore su najvac konzervovane
- Ak chceme zistit, kolko percent genomu tieto useky pokryvaju, ideme na modrej liste do casti Tools->Table browser, zvolime group Comparative genomics, track Conservation, table 100 Vert. El, region zvolime genome (v celom genome) a stlacime tlacidlo Summary/statistics, dostaneme nieco taketo:
| item count | 10,350,729 |
| item bases | 162,179,256 (5.32%) |
| item total | 162,179,256 (5.32%) |
| smallest item | 1 |
| average item | 16 |
| biggest item | 3,732 |
| smallest score | 186 |
| average score | 333 |
| biggest score | 1,000 |
- Ak by nas zaujimali iba velmi dlhe "conserved elements", v Table browser stlacime tlacidlo Filter a na dalsej obrazovke do policka Free-form query dame chromEnd-chromStart>=1500
- Potom mozeme skusit Summary/Statistics alebo vystup typu Hyperlinks to genome browser a Get output - dostaneme zoznam tychto elementov a kazdy si mozeme jednym klikom pozriet v browseri, napr. taketo
- Pozrime si teraz ten isty gen CLCA4 v starsej verzii genomu hg18 [2]
- V casti Genes and Gene Prediction Tracks zapnite track Pos Sel Genes, ktory obsahuje geny s pozitivnym vyberom (cervenou, pripadne slabsie fialovou a modrou)
- Ked kliknete na cerveny obdlznik pre tento gen, uvidite, v ktorych castiach fylogenetickeho stromu bol detegovany pozitivny vyber
- Po priblizeni do jedneho z exonov [3] vidite dosledky nesynonymnych mutacii
Poznamka: Existuju aj webservery na predikciu pozitivneho vyberu, napriklad tieto dva:
- Selecton, clanok
- Data monkey clanok
- Skusili sme na Selecton poslat CLCA4 zo 7 cicavcov, subor tu: [4]
Objavenie génu HAR1 pomocou komparatívnej genomiky
- Pollard KS, Salama SR, Lambert N, et al. (September 2006). "An RNA gene expressed during cortical development evolved rapidly in humans". Nature 443 (7108): 167–72. doi:10.1038/nature05113. PMID 16915236. pdf
- Zobrali všetky regióny dĺžky aspoň 100bp s > 96% podobnosťou medzi šimpanzom a myšou/potkanom (35,000)
- Porovnali s ostatnými cicavcami, zistili, ktoré majú veľa mutáci v človeku, ale málo inde (pravdepodobnostný model)
- 49 štatisticky významných regiónov, 96% nekódujúcich oblastiach
- Najvýznamnejší HAR1: 118nt, 18 substitúcii u človeka, očakávali by sme 0.27. Iba 2 zmeny medzi šimpanzom a sliepkou (310 miliónov rokov), ale nebol nájdený v rybách a žabe.
- Nezdá sa byť polymorfný u človeka
- Prekrývajúce sa RNA gény HAR1A a HAR1B
- HAR1A je exprimovaný v neokortexe u 7 a 9 týždenných embrií, neskôr aj v iných častiach mozgu (u človeka aj iných primátov)
- Všetky substitúcie v človeku A/T->C/G, stabilnejšia RNA štruktúra (ale tiež sú blízko k telomére, kde je viacej takýchto mutácii kvôli rekombinácii a biased gene conversion)
Cvičenie pri počítači
- Môžete si pozrieť tento region v browseri: chr20:63102114-63102274 (hg38), pricom ak sa este priblizite, uvidite zarovnanie aj s bazami a mozete vidiet, ze vela zmien je specifickych pre cloveka
Uniprot
- Prehladnejsi pohlad na proteiny, vela linkov na ine databazy, cast vytvarana rucne
- Pozrieme sa na známy koronavírusový proteín Spike
- Nájdime ho na stránke http://www.uniprot.org/ pod názvom SPIKE_SARS2
- Pozrime si podrobne jeho stránku, ktoré časti boli predpovedané bioinformatickými metódami z prednášky?
- Všimnime si niektorú Pfam doménu a pozrime si jej stránku
PSI BLAST
- Toto cvičenie je z časti inšpirované stránkou [7]
- Budeme uvažovať vzdialene podobné enzýmy
- Skúsme nájsť túto podobnosť v BLASTe: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/ v časti proteíny, zvoľme databázu Swissport, ako Query zadajme Accesion nášho proteínu P49789, spustime program PSI-BLAST
- V prvom kole PSI-BLAST spúšťa bežný BLASTP
- GAL gén (konkrétne GAL7_HAEIN, accession P31764) sa nachádza medzi výsledkami, ale má príliš vysokú E-value
- Spustíme teraz druhú iteráciu PSI-BLAST, ktorá zostaví profil z proteínov s nízkou E-value v prvej iterácii
- Aká je E-value nájdeného zarovnania?
- Ak by výpočet dlho trval, výsledky sú tu: 1. kolo, 2. kolo
Expresia génov
NCBI Gene Expression Omnibus http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/
- Databaza gene expression dat na NCBI
- Do Search okienka zadajme GDS2925
- Mali by sme dostat dataset Various weak organic acids effect on anaerobic yeast chemostat cultures
- Mozeme si pozriet zakladne udaje, napr. citation, platform
- Link "Expression profiles" nam zobrazi grafy pre rozne geny
- Pri kazdom profile mozeme kliknut na profile neighbors, aby sme videli geny s podobnym profilom
- Data analysis tools, cast Cluster heatmaps, K-means, skuste rozne pocty clustrov
Sekvenčné motívy, program MEME
- Vazobne miesta transkripcnych faktorov sa casto reprezentuju ako sekvencne motivy
- Ak mame skupinu sekvencii, mozeme hladat motiv, ktory maju spolocny
- Znamy program na tento problem je MEME
- Chodte na stranku http://meme-suite.org/
- Zvolte nastroj MEME a v casti Input the primary sequences zvolte Type in sequences a zadajte tieto sekvencie
- Pozrite si ostatne nastavenia. Co asi robia?
- Ak server pocita dlho, mozete si pozriet vysledky tu
Kvasinkové transkripčné faktory v SGD
- Yeast genome database SGD obsahuje podrobne stranky pre jednotlive transkripcne faktory
- Pozrime si stranku pre transkripcny faktor GAL4 [8]
Nussinovovej algoritmus (nerobili sme)
Z cvičných príkladov na skúšku
- Vyplňte maticu dynamického programovania (Nussinovovej algoritmus) pre nájdenie najväčšieho počtu dobre uzátvorkovaných spárovaných báz v RNA sekvencii GAACUUCACUGA (dovoľujeme len komplementárne páry A-U, C-G) a nakreslite sekundárnu štruktúru, ktorú algoritmus našiel.
G A A C U U C A C U G A
0 0 0 1 1 2 3 3 3 4 4 4 G
0 0 0 1 2 2 2 2 3 4 4 A
0 0 1 1 1 2 2 2 3 4 A
0 0 0 0 1 1 1 2 3 C
0 0 0 1 1 1 2 3 U
0 0 1 1 1 2 3 U
0 0 0 1 2 2 C
0 0 1 1 1 A
0 0 1 1 C
0 0 1 U
0 0 G
0 A
- Ako by sme algoritmus upravili, aby dlzka slucky na konci helixu bola vzdy aspon 3?
