Презентации 2020 / 07-20-FunctionGenomApplic-Metagenom
.pdfГеномика и протеомика
Модуль II. Геномика
Тема 6. Функциональная и прикладная геномика
Лекция 7. Реализация информации генома. Метагеномика.
•2.6.1. Реализация информации генома.
•2.6.2. Уровни регуляции экспрессии генов в клетке
•2.6.3. Координация экспрессии различных групп генов
•2.6.4. Оценки уровня транскрипции генов в клетке
•2.6.5. Транскриптом и виды РНК в клетке
•2.6.6. Достижения геномики для практики
•2.6.7. Метагеномика: метагеном и методы его анализа.
•2.6.8. Практическое значение анализа метагеномов
Функциональная геномика
-область молекулярной биологии, которая использует огромное количество данных от геномных проектов для описания функционирования генов и белков, и их взаимодействий. Стартуя с аннотации генов, ФГ занимается исследованием и интеграцией генетической информации, активности генов и функции белков.
Задачи:
1.Анализ генной активности в здоровых и измененных клетках и тканях
2.Получение общей картины функционированияй генома, включая профили экспрессии на уровне мРНК (транскрипционные) и на уровне белка (функция генов, экспрессионные паттерны, контроль генной
экспрессии)
Геномика и протеомика
Функциональная геномика: методы
I.Дифференциальная экспрессия генов:
1.Вычитание кДНК библиотек генов
2.Серийный анализ генной экспрессии (serial analysis of gene expression, SAGE, секв-ние сДНК «ярлыки» 10—14 п.н., достаточные для идентификации индивидуальных генных продуктов)
3.Дифференциальный дисплей РНК
4.кДНК-микрочипы (Microarrays)
5.2D-электрофорез
6.Масс-спектрометрия (Протеомика)
II. Идентификация функций генов:
1.Функциональная комплементация
2.РНК-интерференция/РНК сайленсинг
Геномика и протеомика
Функциональная геномика
Геномика и протеомика
Реализация информации генома:
Промотор – |
Терминатор |
|
|
сайт инициации |
транскрипции |
|
|
транскрипции |
|
Ген |
|
мРНК
Белок
N-конец |
С-конец |
Упрощенная схема структуры гена и его экспрессии. Транслируется открытая рамка считывания (ОРС или ORF) со стартового кодона ATG (для Мет) до одного из стопкодонов. Если не подвергается отбору, частота встречаемости стоп-кодонов ~1 на 20
кодонов). Большинство эукариотических генов в своем составе имееют интроны –
некодирующие внутригенные вставки, удаляемые при созревании мРНК – сплайсинге.
Геномика и протеомика
Реализация информации генома
Геном
ДНК |
Транскриптом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рРНК, |
мРНК |
Протеом |
|
|
тРНК, |
мяРНК |
Белки |
Биологическая |
|
|
|
|
функция |
|
1. Транскрип мутации |
1. Посттранс- |
|
|
|
SAP |
|
ляционные |
|
|
2. Альтернативный |
модификации |
|
|
|
сплайсинг |
2. Протеолиз |
|
|
|
3. Редактирование |
|
|
1 белковый ген может дать до 100 различающихся вариантов белка,
AS ~40% описанных вариаций, SAP ~60%, PTM ~37%
Геномика и протеомика
Уровни регуляции экспрессии генов
1.Транскрипция: инициация Т. самый экономичный уровень регуляции экспрессии. Большая роль ТФ – транскр факторов.
2.Процессинг РНК
3.Стабильность РНК (на нескольких этапах)
4.Инициация трансляции. Большая факторов инициации.
5.Трансляция полипептидов
6.Посттрансляц-ные модификации
7.Фолдинг белков
8.Стабильность белков (на нескольких этапах)
Геномика и протеомика
Регуляция лактозного оперона E. coli
Гены, кодирующие функционально родственные фер-менты, у прокариот объединены в кластеры под контролем единых регуляторных элементов – опероны.
Упрощенная схема Л.О. – модель Жакоба и Моно (60-е г.) В присутствии лак-
тозы (индуктор) утилизирующие ее гены начинают синтезироваться в виде одной полицистронной мРНК. Структурные гены – β-галактозидаза расщепляет лактозу на галактозу и глюкозу, пермеаза – обеспечивает транспорт лактозы в клетку, трансацетилаза – участвует в удалении продуктов распада лактозы.
Идентификация и анализ экспрессии генов: РНК
Генотипирование (идентиф-я маркеров)
Гибридизация или ПЦР+гибридизация. Чип-гибридизация.
9
Геномика и протеомика
Идентификация и анализ экспрессии генов: РНК
ДНК-микрочип (DNA microarray)
- для гибридизации с кДНК или мРНК. Для выявления профилей экспресии, однонуклеотидных полиморфизмов, генотипирования.
Микрочип с ~40 000 олигонуклеотидами
Технологии изготовления:
1.Струйная печать
2.фотолитография (In-situ synthesized)
Часто несколько проб на один ген для повышения специфичности
3.Illumina high-density bead arrays –
цветокодированные 3-мкм кварцевые бусины
10