Funksional genomika uchun bioinformatik metodlar

FUNKSIONAL GENOMIKA UCHUN BIOINFORMATIK METODLAR
Reja
1. Funksional genomika
2. Bioinformatik metodlar
3. Funksional genomika uchun bioinformatik metodlar
Funktsional genomika maydonidir molekulyar biologiya tasvirlashga urinishlar gen (va oqsil ) funktsiyalar va o'zaro ta'sirlar. Funktsional genomika tomonidan yaratilgan keng ma'lumotlardan foydalaniladi genomik va transkriptomik loyihalar (masalan genomlarni tartiblashtirish bo'yicha loyihalar va RNK ketma-ketligi ). Funktsional genomika gen kabi dinamik jihatlarga e'tibor beradi transkripsiya, tarjima, gen ekspressionini tartibga solish va oqsil va oqsillarning o'zaro ta'siri kabi genomik ma'lumotlarning statik jihatlaridan farqli o'laroq DNK ketma-ketligi yoki inshootlar. Funktsional genomika tadqiqotlarining asosiy xarakteristikasi ularning ushbu savollarga genomika bo'yicha yondoshishidir, odatda an'anaviy "genlar bo'yicha gen" ga emas, balki yuqori samaradorlik usullarini o'z ichiga oladi.
Funktsional genomikani tushunish uchun avval funktsiyani aniqlash muhim ahamiyatga ega. Ularning qog'ozida[1] Graur va boshq. funktsiyani ikkita mumkin bo'lgan usulda aniqlang. Bular "Tanlangan effekt" va "Sababiy roli". "Tanlangan effekt" funktsiyasi uchun xususiyat (DNK, RNK, oqsil va boshqalar) tanlangan funktsiyani anglatadi. "Sababiy roli" funktsiyasi bu xususiyat etarli va zarur bo'lgan funktsiyani anglatadi. Funktsional genomika odatda funktsiyani "Sababli rol" ta'rifini sinovdan o'tkazadi.
Funktsional genomikaning maqsadi genlar yoki oqsillarning, oxir-oqibat genomning barcha tarkibiy qismlarining funktsiyalarini tushunishdir. Funktsional genomika atamasi ko'pincha ko'pchilikka murojaat qilish uchun ishlatiladi texnik yondashuvlar organizmni o'rganish genlar va oqsillarjumladan, "har bir gen mahsulotining biokimyoviy, uyali va / yoki fiziologik xususiyatlari"[2] ba'zi mualliflar esa o'rganishni o'z ichiga oladi nongenik elementlar ularning ta'rifida.[3] Funktsional genomikaga tabiiy tadqiqotlar ham kiritilishi mumkin genetik o'zgarish vaqt o'tishi bilan (masalan, organizmning rivojlanishi) yoki bo'sh joy (uning tanasi mintaqalari kabi), shuningdek mutatsiyalar kabi funktsional uzilishlar.
Funktsional genomikaning va'dasi genomik va proteomik bilimlarni hosil qilish va sintez qilib, organizmning dinamik xususiyatlarini tushunishga imkon beradi. Bu potentsial bitta genlarni o'rganish bilan taqqoslaganda genomning qanday funktsiyani belgilashi haqida to'liqroq tasavvurga ega bo'lishi mumkin. Funktsional genomika ma'lumotlarining integratsiyasi ko'pincha uning bir qismidir tizimlar biologiyasi yondashuvlar.
Texnikalar va ilovalar
Funktsional genomikaga genomning funktsiyaga oid jihatlari kiradi mutatsiya va polimorfizm (kabi bitta nukleotid polimorfizmi (SNP) tahlil), shuningdek, molekulyar faollikni o'lchash. Ikkinchisiga bir qator "-omika " kabi transkriptomika (gen ekspressioni ), proteomika (oqsil ishlab chiqarish ) va metabolomika. Funktsional genomika asosan foydalanadi multipleks kabi ko'plab gen mahsulotlarining ko'pligini o'lchash texnikasi mRNAlar yoki oqsillar ichida a biologik namuna. Ko'proq yo'naltirilgan funktsional genomika yondashuvi bitta genning barcha variantlari funktsiyasini sinab ko'rishi va faollikni o'qish sifatida sekanslash yordamida mutantlarning ta'sirini aniqlashi mumkin. Ushbu o'lchov usullari birgalikda turli xil biologik jarayonlarning miqdorini aniqlashga va gen va oqsil funktsiyalari va o'zaro ta'sirlari haqidagi tushunchalarimizni yaxshilashga intiladi.
DNK darajasida
Genetik ta'sir o'tkazish xaritasi
Asosiy maqola: Epistaziya
Genlarni tizimli ravishda juftlik bilan yo'q qilish yoki genlarning ekspressionini inhibe qilish, agar ular jismoniy ta'sir o'tkazmasa ham, tegishli funktsiyaga ega bo'lgan genlarni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Epistaziya ikki xil genni nokaut qilish uchun effektlar qo'shilmasligi mumkinligini anglatadi; ya'ni ikkita gen tormozlanganda paydo bo'ladigan fenotip bitta nokaut ta'sirining yig'indisidan farq qilishi mumkin.
DNK / oqsillarning o'zaro ta'siri
Genlarning ekspressionini boshqarishda mRNKning tarjimasi natijasida hosil bo'lgan oqsillar (xabarchi RNK, DNK dan oqsil sintezi uchun kodlangan ma'lumot). Ularning gen ekspressionini qanday boshqarishini tushunish uchun ular o'zaro ta'sir qiladigan DNK sekanslarini aniqlash kerak. DNK-oqsilning o'zaro ta'sirlanish joylarini aniqlash usullari ishlab chiqilgan. Bunga quyidagilar kiradi Chip ketma-ketligi, CUT & RUN ketma-ketligi va qo'ng'iroq kartalari.[4]
DNKning mavjudligini tahlil qilish
Genomning kirish mumkin bo'lgan mintaqalarini aniqlash uchun tahlillar ishlab chiqilgan. Ochiq xromatinning ushbu mintaqalari nomzodlarni tartibga soluvchi mintaqalardir. Ushbu tahlillarga quyidagilar kiradi ATAC-seq, DNase-Seq va FAIRE-Seq.
Mikroelementlar namunadagi mRNK miqdorini ma'lum genga yoki proba DNK ketma-ketligiga mos keladigan miqdorni o'lchaydi. Problar ketma-ketligi qattiq sirt ustida immobilizatsiya qilinadi va ruxsat etiladi duragaylash lyuminestsentsiya bilan belgilangan "nishon" mRNK bilan. Dog'ning lyuminestsentsiya intensivligi ushbu nuqtaga gibridlangan maqsadli ketma-ketlik miqdori va shuning uchun namunadagi ushbu mRNK ketma-ketligining ko'pligiga mutanosibdir. Mikro-massivlar ma'lum bir jarayonda ishtirok etgan nomzod genlarini har xil sharoitlar uchun transkript darajalari va ma'lum funktsiyalarning genlari bilan umumiy ekspression naqshlari o'rtasidagi o'zgarishga asoslangan holda aniqlashga imkon beradi.
SAGE
Asosiy maqola: Gen ekspressionining ketma-ket tahlili
Gen ekspressionining ketma-ket tahlili (SAGE) - bu gibridlanishdan ko'ra, RNK sekvensiyasiga asoslangan muqobil tahlil usuli. SAGE har bir gen uchun o'ziga xos bo'lgan 10-17 taglik juft teglar ketma-ketligiga asoslanadi. Ushbu teglar ishlab chiqarilgan poli-A mRNK va ketma-ketlikdan oldin uchidan uchiga bog'langan. SAGE bir hujayra uchun transkriptlar sonini xolisona o'lchaydi, chunki bu transkriptlarni qanday o'rganish kerakligini oldindan bilishga bog'liq emas (mikrokitoblar kabi).
RNK ketma-ketligi
Asosiy maqolalar: RNK-sek va MicroRNA ketma-ketligi
So'nggi yillarda, 2016 yilda ta'kidlanganidek, RNK sekvensiyasi mikroarray va SAGE texnologiyasini egallab oldi va transkripsiya va gen ekspressionini o'rganishning eng samarali usuli bo'ldi. Bu odatda tomonidan amalga oshiriladi keyingi avlod ketma-ketligi.[5]
Sekvensiya qilingan RNKlarning kichik qismi - bu kichik RNKlar, bu kodlamaydigan RNK molekulalarining klassi, ular transkripsiya va transkripsiyadan keyingi genlarni susaytirishning asosiy regulyatorlari yoki RNKning sustlashuvi. Keyingi avlod ketma-ketligi bu oltin standart vosita kodlamaydigan RNK kashfiyot, profil va ekspression tahlil.
Reporterlarning ommaviy ravishda parallel tahlillari (MPRA)
Parallel muxbirlarning tahlillari - bu DNK sekanslarining sis-regulyativ faolligini sinash texnologiyasi.[6][7] MPRA'larda sintetik genni boshqaradigan promotorning yuqori qismida sintetik sis-regulyativ elementi bo'lgan plazmid ishlatiladi, masalan, Yashil lyuminestsent oqsil. Cis-regulyativ elementlarning kutubxonasi odatda MPRA yordamida sinovdan o'tkaziladi, kutubxonada yuzdan minggacha sis-regulyator elementlari bo'lishi mumkin. Elementlarning sis-tartibga solish faolligi quyi oqimdagi muxbirlar faoliyati yordamida tahlil qilinadi. Barcha kutubxona a'zolarining faoliyati har bir cis-regulyator elementi uchun shtrix-kodlar yordamida parallel ravishda tahlil qilinadi. MPRAlarning bir cheklovi shundaki, bu faollik plazmidda tahlil qilinadi va genomda kuzatilgan genlarni tartibga solishning barcha jihatlarini qamrab olmasligi mumkin.
STARR-seq
Asosiy maqola: STARR-seq
STARR-seq - bu tasodifiy qirqilgan genomik bo'laklarning kuchaytiruvchi faolligini tahlil qilish uchun MPRA'larga o'xshash usul. Asl nashrda,[8] Drosophila genomining tasodifiy qirqilgan qismlari minimal promotorning pastki qismida joylashtirilgan. Tasodifiy qirqilgan parchalar orasida nomzodni kuchaytiruvchilar o'zlarini minimal promotor yordamida transkripsiyalashadi. Ushbu usul bilan ketma-ketlikni o'qish sifatida ishlatish va har bir ketma-ketlikning kirish miqdorini boshqarish orqali taxminiy kuchaytirgichlarning kuchi tahlil qilinadi.
Asosiy maqola: Ikki gibrid skrining
Xamirturush ikki gibrid skrining (Y2H) fizik protein va oqsillarning o'zaro ta'sirini aniqlash uchun ko'plab "potentsial" o'zaro ta'sir qiluvchi oqsillarga ("o'lja") qarshi "o'lja" oqsilini sinab ko'radi. Ushbu tizim transkripsiya faktoriga asoslangan, dastlab GAL4,[9] Protein muxbir genining transkripsiyasini keltirib chiqarishi uchun uning DNK bilan bog'lanish va transkripsiyani faollashtirish sohalari ikkalasi ham talab qilinadi. Y2H ekranida "o'lja" oqsili GAL4 ning bog'lanish sohasiga qo'shiladi va potentsial "o'lja" (o'zaro ta'sir qiluvchi) oqsillar kutubxonasi faollashish sohasi bo'lgan vektorda rekombinativ tarzda ifodalanadi. In vivo jonivor hujayralari tarkibidagi o'lja va o'lja oqsillarining o'zaro ta'siri GAL4 ning faollashishi va bog'lanish sohalarini bir-biriga yaqinlashtirib, natijada muxbir gen. Shuningdek, hujayradagi barcha mumkin bo'lgan o'zaro ta'sirlarni aniqlash uchun o'lja oqsillari kutubxonasini o'lja oqsillari kutubxonasiga qarshi muntazam ravishda sinovdan o'tkazish mumkin.