Análise genômica 2013

Transcrição

1 Curso de Férias Análise genômica a 11 de julho de 2013 Dr. Marcos Correa Dias (dias@ibb.unesp.br) Instituto de Biociências, UNESP, Botucatu, SP Qual a diferença? homem bactéria 1

2 COMPLEXIDADE MECÂNICA 2

3 COMPLEXIDADE BIOLÓGICA COMPLEXIDADE BIOLÓGICA 3

4 QUAL A BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE??? BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE A variabilidade protéica não aumenta com a complexidade mas exige maior regulação da expressão 4

5 BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE Quantidade de DNA não-codificante = complexidade Szymansky et al. 2005; Mattick, 2007 BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE 5

6 SIGNIFICÂNCIA BIOLÓGICA? Desafio da biologia molecular... 6

7 Departamento de Morfologia do Instituto de Biociências de Botucatu Ômicas: da genômica à RNômica Dr. Marcos Correa Dias GENOMAS COMPLETAMENTE SEQUENCIADOS completos // incompletos ( 7

8 BANCO DE DADOS ( ( ( ( (Binneck, 2004) GENÔMICA TRANSCRIPTÔMICA (GENÔMICA FUNCIONAL) PROTEÔMICA METABOLÔMICA 8

9 A ERA DAS ÔMICAS (Palsson, 2002) LINHA DO TEMPO da hereditariedade DNA material da hereditariedade Determinação da estrutura do DNA -Mendel, Brünn 4: Avery et al., J. Exp.Med. 79: Watson & Crick, Nature 171:737. 9

10 LINHA DO TEMPO O código genético - Nirenberg, Sci.Am. 208: Estabelecimento de métodos automatizados para seq. DNA - Sanger & Coulson, J.Mol. Biol. 94: Polymerase Chain Reaction (PCR) - Kary B. Mullis & - Michael Smith LINHA DO TEMPO Mapeamento genômico Cr. humano - Arveiler et al., Genomics 1(1):60-6. Início do projeto GENOMA HUMANO -Celera (Venter) -Iniciativa Pública (Collins) Sequenciado o primeiro genoma de organismo de vida livre - Fleichman et al. Science, 269(5223):

11 LINHA DO TEMPO Transcriptômica Projeto GENOMA HUMANO Visão do futuro da genômica -Brown et al. Nature 402(6763):715 - Collins et al. Science, 300(5617): Pennisi et al, Science, 300 (5618):409 - Collins et al. Nature 422: TABELA 1 Número de ocorrências no PubMed Palavra chave Functional ( 11

12 Análise genômica: presente e futuro dias@ibb.unesp.br GENÔMICA Estudo do genoma de um organismo Compreensão do design dos organismos, descoberta de novos genes, diagnóstico e controle gênico de doenças 12

13 GENÔMICA ESTRUTURAL Caracteriza a natureza física dos genomas (sequências de NTs) (Brenner, 2006) GENÔMICA COMPARATIVA Comparação de um genoma com outros conhecidos (Pollard et al., 2006) 13

14 Comparação de genomas Homologias & Famílias Alinhamento de sequências Inversão Translocação Duplicação GENÔMICA FUNCIONAL Descreve funções e interações entre genes Transcriptômica ou RNômica Gene expression profilling Organismo, órgão, tecido ou linhagem celular (Pevsner, 2009) 14

15 GENÔMICA FUNCIONAL Variações no TRANSCRIPTOMA: ciclo celular, estado fisiológico, estímulos externos e doenças Uso de técnicas de high-throughput ( e ) (Wang et al, 2009) RNÔMICA: Métodos SAGE (serial analysis of gene expression) DNA-microarrays e Oligo-microarrays (mrna cdna) Spotted Arrays -cdna ou DNA genômico -Oligonucleotídeos análises (Velculescu et al, 1997) AFFYMETRIX -comercial análises 15

16 RNÔMICA: Métodos RNÔMICA: Métodos Quantificação em larga escala (open arrays) Taqman Low Density Array (TLDA) ViiA TM 7 Real-time PCR system 16

17 (Cloonan, 2008, Nature Methods) (Wang et al, 2009; Blow, 2009) RNÔMICA: Single Cell 17

18 EPIGENÔMICA Ciência que busca esclarecer como o genoma funciona complexidade plasticidade 1. Modificação nas Histonas 2. Metilação do DNA 3. RNAs não-codificadores Imprinting genômico (Russel, 2010; Novik et al., 2002) EPIGENÔMICA: Métodos Histone modifications assays (DNAse-I digestion): Chromatin Immunoprecipitation (ChIP)-Chip e ChIP-Seq Genome wide DNA methylation assays (Laird, 2010; Russel, 2010; Barski et al., 2007; Kouzarides et al., 2007) 18

19 PROTEÔMICA Modificações pós-traducionais (MPT): 1a 2a 3a 4a 19

20 PROTEÔMICA: Métodos 1.Identificação de proteínas com alterações pós-traducionais Anticorpos mod-específicos P Fc (Klopfleischet al., 2010) 2D gel eletroforesis PROTEÔMICA: Métodos 1.Identificação de proteínas com alterações pós-traducionais = SDS-PAGE + shotgun proteomics HPLC + espectrofotometria de massa (August et al., 2008) 20

21 PROTEÔMICA: Métodos 2.Determinação de proteínas em mistura complexa Electrospray ionization (ESI) Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) (Fenn, 1989) PROTEÔMICA: Métodos 3.Determinação de interações entre proteínas Predições computacionais Base de dados Database of Interacting Proteins (DIP): Biomolecular Interaction Network Database (BIND): ubmed/

22 PROTEÔMICA: Métodos Antibody microarray (Screekumar et al., 2001) Protein arrays PROTEÔMICA: Métodos (Zhu & Sneider, 2003) 22

23 METABOLÔMICA Area da FARMACOGENÔMICA Genômica Transcriptômica Proteômica Metabolômica Genômica e Metabolômica comparativas Bioquímica e Bio Mol comparativas Alvos potenciais Validação dos alvos Proteínas Alvos de drogas Composto químico, proteína ou anticorpo. (Marshal, 1997) 23

24 TOXIGENÔMICA Estudo de como o genoma está envolvido na resposta ao stress ambiental e agentes tóxicos Biomarcadores e mecanismos moleculares de toxicidade e eficiência database of environmetal effects of toxic substances in biological systems (CEBS) (Waters et al., 2004; 2003; Guerreiro et al., 2003; Kramer & Kolaja, 2002) 24