Γονιδιωματική. G. Patrinos

Transcript

1 Γονιδιωματική

2 Η μεταγονιδιωματική εποχή...

3 Σημαντικότερα επιτεύγματα POST GENOME ERA Ολοκλήρωση της αποκρυπτογράφησης της αλληλουχίας των γονιδιωμάτων πολλών οργανισμών. Προτύπωση μεθοδολογιών για προσδιορισμό ταυτόχρονα πολλών νουκλεοτιδικών αντικαταστάσεων ή μεταγραφικών προτύπων με μικροσυστοιχίες. Γενετική τροποποίηση οργανισμών

4 Βιοπληροφορική Το επιστημονικό πεδίο που αποσκοπεί την καταγραφή, συλλογή και ανάλυση σύνθετων βιολογικών δεδομένων Βάσεις δεδομένων Λογισμικό

5 Βιολογική έρευνα στη μεταγονιδιωματική εποχή Χαρακτηρισμός γονιδίων Με βάση την υπόθεση Με βάση την ανακάλυψη Μεθοδολογίες κυτταρικής και μοριακής βιολογίας Γενετική τροποποίηση ζώων Ζωϊκά μοντέλα ασθενειών Μεθοδολογίες υψηλής απόδοσης (high throughput) Βάσεις δεδομένων Βιοπληροφορική

6 Νόσος Με βάση την υπόθεση Με βάση την ανακάλυψη Μεθοδολογίες κυτταρικής και μοριακής βιολογίας Γενετική τροποποίηση ζώων Ζωϊκά μοντέλα ασθενειών Μεθοδολογίες υψηλής απόδοσης (high throughput) Βάσεις δεδομένων Βιοπληροφορική Γονιδιακά μονοπάτια

7 Ανθρώπινη ασθένεια Ζωϊκά μοντέλα Γενετική τροποποίηση Χαρακτηρισμός μεταγραφικών προτύπων Βάσεις δεδομένων Βιοπληροφορική Λειτουργική επαλήθευση Γονίδια Χαρακτηρισμός

8 Χαρακτηρισμός μεταγραφικών προτύπων Ο προσδιορισμός των μεταγραφικών προτύπων, δηλαδή των επιπέδων μεταγραφικής έκφρασης χιλιάδων γονιδίων σε ολόκληρο το γονιδίωμα, είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για βιοεπιστήμονες σε μια προσπάθεια να αποκρυπτογραφίσουν την σύνθετη οργάνωση βιολογικών φαινομένων. Το πρότυπο γονιδιακής έκφρασης κάθε κυτταρικής σειράς, κάθε αναπτυξιακού σταδίου ή κάθε απόκρισης σε κάποια ουσία, αποτελεί ένα μοναδικό «μοριακό αποτύπωμα» το οποίο επιτρέπει την διάκριση μεταξύ διαφόρων τύπων ιστών, αναπτυξιακών σταδίων κα ιασθένειας (π.χ. καρκινικών και μη ή μολυσμένων και μη κυττάρων, εμβρυϊκών και ενηλίκων ιστών, κυττάρων.

9 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων Γονίδιο Μεταγραφή = Λειτουργία

10 Γονιδιακή έκφραση DNA RNA Πρωτεΐνη

11 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων Οι δομικές και λειτουργικές διαφορές μεταξύ διαφόρων τύπων κυττάρων, ιστών οι οποίες καθορίζονται από την διαφορική γονιδιακή έκφραση (δηλαδή ποιά γονίδια και πόσο εκφράζονται) Η ανταπόκριση των κυττάρων ή ιστών σε φυσιολογικά (π.χ. φάρμακα, αναπτυξιακοί παράγοντες) ή παθολογικά «ερεθίσματα» (π.χ. μεταλλαγή) εκδηλώνεται με την αλλαγή της γονιδιακής έκφρασης.

12 Μεταγραφικά πρότυπα Επίπεδα μεταγραφής ενός κυττάρου Αντίγραφα mrna Πρωτεϊνικά μόρια

13 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων Ι. Υβριδισμός Στύπωση Northern Χαρτογράφηση με S1 νουκλεάση/rnase Μικροσυστοιχίες II. PCR RT-PCR QT-RT-PCR (ποσοτικό PCR πραγματικού χρόνου) III. Ανάλυση πρωτοταγούς δομής του DNA ESTs (Expressed Sequence Tags) SAGE (Ανάλυση γονιδιακής έκφρασης (Serial Analysis of Gene Expression) Ανάλυση νουκλεοτιδίων 2 ης γενιάς (Solexa/Illumina)

14 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων Ζωϊκά μοντέλα Παθολογικά δείγματα RNA Κυτταρικές σειρές

15 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων Γονίδια που εκφράζονται σε υψηλά επίπεδα (σε παθολογικά δείγματα)

16 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων «Εκτυπωτής» με κεφαλές Βιβλιοθήκη cdna ή ολιγονουκλεοτίδιων

17 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων RNA Σημασμένο cdna Μικροσυστοιχία

18 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων

19 Κύριες διαφορές μεταξύ μικροσυστοιχιών για τον προσδιορισμό μεταγραφικών προτύπων Το RNA/cDNA είναι σημασμένο με δύο χρωστικές. Οι ανιχνευτές στη μικροσυστοιχία τοποθετούνται σε συγκεκριμένα σημεία (spotted arrays) με τη βοήθεια ειδικών «ακίδων» με τεχνολογία που ομοιάζει με εκτυπωτές inkjet. Το RNA/cDNA είναι σημασμένο με μία χρωστική. Οι ανιχνευτές στη μικροσυστοιχία συντίθενται σε συγκεκριμένα σημεία της (in situ synthesized arrays) με τη βοήθεια φωτολιθογραφίας.

20 Προσδιορισμός μεταγραφικών προτύπων

21 Προσδιορισμός διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων Ιστός Β Ιστός Α

22 Ιεραρχημένη ομαδοποίηση και «θερμικός χάρτης» Γονίδιο 1 Τ1 T2 => N

23 Ιεραρχημένη ομαδοποίηση πασχόντων από β- μεσογειακή αναιμία που λαμβάνουν HU Non-Responders -HU Non-Responders +HU Responders +HU / -HU

24 Ιεραρχημένη ομαδοποίηση ανθρώπινων ιστών που εκφράζουν ή όχι εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη Ενήλικο αίμα Εμβρυϊκό ήπαρ Ενήλικο αίμα Ομφαλοπλακουντικό αίμα

25 Ιεραρχημένη ομαδοποίηση ανθρώπινων ιστών που εκφράζουν ή όχι εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη

26 Προσδιορισμός διαφορών μεταγραφικών προτύπων σε ολόκληρο το γονιδίωμα Μη ανταποκρινόμενοι Ανταποκρινόμενοι -log 2 (hypergeometric) * Κατηγορίες γονιδίων