Análise de Dados de Expressão Gênica

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1 Análise de Dados de Expressão Gênica Ivan G. Costa Filho Centro de Informática Universidade Federal de Pernambuco

2 Tópicos O que e expressão gênica? Como medir expressão gênica? Aspectos básicos da analise pré-processamento, expressão diferencial analise de agrupamento e classificação. desvendar mecanismos de regulação gênica

3 Disciplina Aulas - Marco a Abril introdução de conceitos básicos Seminários - Abril a Maio apresentação de artigos de analise de expressão gênica (individual) Projeto Maio a Junho analise de dados reais (de artigos discutidos) em grupo aulas práticas

4 Avaliação 50% - apresentação dos seminários avaliação pelos companheiros de classe e presença 50% - projeto (nota individual) cada grupo é responsável por descrever a participação

5 Bibliografia H. Causton, J. Quackebush, A. Brazma, Microarray Gene Expression Data Analysis, Blackwell publishing, Ver pagina para literatura especifica de cada aula

6 Biologia Molecular e Expressão Gênica

7 Entender a vida a nível celular Como a informação genética é herdada Como a informação genética influencia processos celulares Como genes trabalham juntos para realizar uma função celular

8 Informação Genética DNA DNA (ácido desoxirribonucleico) Cadeia de nucleotídeos 4 tipos: A;C;G;T forma fita dupla a partir da complementaridade. A=TeC=G

9 Dogma Central Transcrição Transcrição DNA para RNA RNA (acido ribonucléico) fita simples. 4 tipos: A;C;G;U Moléculas instáveis Transporte de informação do núcleo ao citoplasma

10 Dogma Central Transcrição Transcrição copia seqüência de bases do DNA para o RNA (com U ao invéss de T).

11 Dogma Central - Tradução Tradução RNA -> Proteínas realizada pelo ribossomo Código genético Proteínas cadeia de aminoácidos 20 tipos diferentes adquire uma estrutura tridimensional entidades funcionais da célula

12 Tradução - Código Genético Combinações de códons (3 bases) codificam um dos 20 aminoácidos.

13 Tradução Animação!

14 Dogma Central Dogma: fluxo de informação DNA mrna Proteína Gene: segmento de DNA codificando uma proteína. Transcrito: segmento de RNA transcrito de uma gene. Um gene corresponde a uma proteína e uma função celular.

15 Controle da Expressão Gênica Como se da o controle da expressão gênica? Certas proteínas, fatores de transcrição, se ligam ao DNA e são responsáveis por iniciar a transcrição.

16 Controle da Regulação Gênica

17 Controle da Regulação Gênica Animacao!

18 Expressão Gênica

19 Expressão Gênica e Organismos

20 Complexidade de Organismos Levedura: 6,000 genes Drosophila: 13,500 genes Camundongo: 22,000 genes Chimpanzé: 20,000 genes H. Sapiens: 20,000 genes

21 Complexidade Celular

22 Complexidade Organismos Celulas Regulação Transcripcional : Controla a quantidade e quais genes são transcritos. Splice alternativo: um gene codifica mais de uma proteína. Formação de complexos: Proteínas de agrupam em complexos para realizar uma tarefa celular. Epigenética, regulação póstranscripcional,

23 Biologia Molecular no tempo dos `- ômas Genoma: conjuntos de genes de um organismo seqüenciadores sanger, seqüenciadores de 2da geração Transcriptôma: quantidade de transcritos em uma célula micro-arranjos, SAGE, PCR, hibridização in-situ Proteôma - quantidade de proteínas em uma célula Espectrômetro de massa Interactôma conjunto de complexos de proteínas em uma célula `Yeast two-hybrid analysis, purificação de afinidade Regulômica, Epigenômica, Metabôlomica,

24 Biologia Computacional Desafio Desenvolvimento de técnicas computacionais/estatísticas para entender sistemas vivos a partir de dados de `omicas

25 Biologia Molecular no tempo dos `- ômas Genoma: conjuntos de genes de um organismo seqüenciadores sanger, seqüenciadores de 2da geração Transcriptôma: quantidade de transcritos em uma célula micro-arranjos, SAGE, PCR, hibridização in-situ Proteôma - quantidade de proteínas em uma célula Espectrômetro de massa Interactôma conjunto de complexos de proteínas em uma célula `Yeast two-hybrid analysis, purificação de afinidade Regulômica, Epigenômica, Metabôlomica,

26 Transcriptômica

27 Medindo Transcrição Hibridização Complementar

28 Medindo Transcrição Micro-arranjos Um experimento mede a expressão de de genes. Problemas: qualidade dos dados

29 Analise de dados de Micro-arranjos Diagnostico Personalizado Dado a expressão de diversos tipos de câncer, qual o tipo de câncer de um paciente novo? Expressão diferencial Dado a expressão de pacientes com ou sem câncer indicar quais genes tem alta ou baixa expressão Detecção de Módulos Funcionais/Regulatorios Dado a expressão de uma célula em um determinado processo Divisão celular, desenvolvimento, tratamentos Quais genes tem o mesmo padrão de expressão?

30 Diagnostico Personalizado

31 Diagnostico Personalizado Usar metodos de aprendizagem de maquina para fazer a classificacao de pacientes Desafios: Normalmente existem poucos tecidos de cancer Retornar um padrao de confiaca Explicar decisoes do classificador Descoberta de novos sub-tipos de cancer Replicabilidade de experimentos

32 Expressão Diferencial Usar métodos estatísticos para listar genes ativos ou inativos em uma determinada celular Ie. câncer X não câncer Desafios: O que fazer quando mais de uma condição existe? Como definir limiar da lista de genes diferencias?

33 Detecção de Módulos Funcionais/Regulatorios Modulo Funcional: conjunto de genes associados a mesma função biológica genes tem o mesmo padrão de transcrição genes tem o mesmo reguladores Usar métodos de aprendizagem não supervisionada/clustering

34 Modulos Funcionais Estudo do Ciclo Celular da Levedura Processo de divisão celular Medir a expressão gênica de células ao decorrer do ciclo.

35 metodo de clustering Grupo 4Grupo 3 Grupo 2 genes Grupo 1 tempo YIR017C YJL118W YER019W YDR113C YJR043C YPL016W YBR156C YKR010C YPR141C... YDL093W YER016W YNL126W YKL053W YJL099W YDL198C YCR085W YBR043C YDR325W Gurpos de genes Modulos Funcional Ciclo Celular

36 Grupo 4Grupo 3 Grupo 2 Grupo 1 Modulo Regulatorios Ciclo Celular YIR017C YJL118W YER019W YDR113C YJR043C YPL016W YBR156C YKR010C YPR141C... YDL093W YER016W YNL126W YKL053W YJL099W YDL198C YCR085W YBR043C YDR325W ORF 3 UTR mir 181a mir 26a mir 142

37 Ferramentas para Analise de Expressão Gênica

38 Bancos de dados Gene Expression Omnibus (ncbi) Stanford Microarray Database Array Express

39 Software Bioconductor (em R) Pré-processamento, clustering, classificação GeneCluster eisen.lbl.gov/eisensoftware.html Clustering e Red-green plots MiDAs/MEV TIGR Pre-processamento, clustering e classificação

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