Curso de Férias Análise genômica 2013 08 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
COMPLEXIDADE MECÂNICA 2
COMPLEXIDADE BIOLÓGICA COMPLEXIDADE BIOLÓGICA 3
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
BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE Quantidade de DNA não-codificante = complexidade Szymansky et al. 2005; Mattick, 2007 BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE 5
SIGNIFICÂNCIA BIOLÓGICA? Desafio da biologia molecular... 6
Departamento de Morfologia do Instituto de Biociências de Botucatu Ômicas: da genômica à RNômica Dr. Marcos Correa Dias (dias@ibb.unesp.br) GENOMAS COMPLETAMENTE SEQUENCIADOS 3.385 completos // 12.844 incompletos (http://genomesonline.org) 7
BANCO DE DADOS (http://www.ensembl.org/) (http://www.genome.ad.jp/kegg2.html) (http://www.ebi.ac.uk/databases/genomes.html) (http://mips.biochem.mpg.de/) www.sanger.ac.uk/ (Binneck, 2004) GENÔMICA TRANSCRIPTÔMICA (GENÔMICA FUNCIONAL) PROTEÔMICA METABOLÔMICA 8
A ERA DAS ÔMICAS (Palsson, 2002) LINHA DO TEMPO 1866 1944 1953 da hereditariedade DNA material da hereditariedade Determinação da estrutura do DNA -Mendel, Brünn 4:3 47. -Avery et al., J. Exp.Med. 79:137 158. - Watson & Crick, Nature 171:737. 9
LINHA DO TEMPO 1963 1975 1983 O código genético - Nirenberg, Sci.Am. 208:80 94. Estabelecimento de métodos automatizados para seq. DNA - Sanger & Coulson, J.Mol. Biol. 94:441 8. Polymerase Chain Reaction (PCR) - Kary B. Mullis & - Michael Smith LINHA DO TEMPO 1987 1989 1995 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):496-512. 10
LINHA DO TEMPO 1999 2003 2003 Transcriptômica Projeto GENOMA HUMANO Visão do futuro da genômica -Brown et al. Nature 402(6763):715 - Collins et al. Science, 300(5617):286-90. -Pennisi et al, Science, 300 (5618):409 - Collins et al. Nature 422: 835-47. TABELA 1 Número de ocorrências no PubMed Palavra chave 1987 90 93 95 97 98 99 2000 2001 2012 3 12 52 90 208 386 678 1263 2081 78142 - - - 4 18 37 69 126 192 12243 Functional - - - - 10 46 131 277 480 15071 - - - - - - 1 3 7 11483 - - - - 1 20 67 277 631 34599 - - - - 1 11 37 136 249 12543 - - - - - - - 2 7 4056 - - - - - - - - 5 238 - - - 20 78 144 230 420 657 101488 (http://www.ncbi.nml.nih/) 11
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
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
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
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 -24.000 análises (Velculescu et al, 1997) AFFYMETRIX -comercial -500.000 análises 15
RNÔMICA: Métodos RNÔMICA: Métodos Quantificação em larga escala (open arrays) Taqman Low Density Array (TLDA) ViiA TM 7 Real-time PCR system 16
(Cloonan, 2008, Nature Methods) (Wang et al, 2009; Blow, 2009) RNÔMICA: Single Cell 17
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
PROTEÔMICA Modificações pós-traducionais (MPT): 1a 2a 3a 4a 19
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
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): http://dip.doembi.ucla.edu/dip/main.cgi Biomolecular Interaction Network Database (BIND): http://www.ncbi.nlm.nih.gov/p ubmed/11125103 21
PROTEÔMICA: Métodos Antibody microarray (Screekumar et al., 2001) Protein arrays PROTEÔMICA: Métodos (Zhu & Sneider, 2003) 22
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
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