Hum

1
Humán Genom szekvencia és variabilitás
Gabor T. Marth, D.Sc.
Department of Biology, Boston College marth_at_bc.edu
Orvosi genomika kurzus Debrecen, Hungary, May
2006
2
Az eloadás átteknitése
1. Genom szekvenáló stratégiák, szekvenáló
informatika
2. Genom érdekességek, funkcionális és
struktúrális jellegzetességek a humán genomban
3. Genom variabilitás, DNS nukleotid, struktúra
és epigenetikus variációk
3
1. A humán genom szekvencia
4
A nukleáris genom (kromoszóma)
5
A genom szekvencia

• az eredeti templát, melyen körvonalazódtak
  genetikai kódunk funkcionális jellegzetességei
  (gének, regulátor elemek, másodlagos szerkezet,
  harmadlagos szerkezet, stb.)

6
Teljes genomok
1 Mb
7
Fobb genom szekvenáló stratégiák
Klón-alapú shotgun szekvenálás
Human Genome Project
Celera Genomics, Inc.
8
Hierarchikus genom szekvenálás
BAC könyvtár készítése
klón térképezés
shotgun alklón könyvtár készítése
szekvenálás
szekvencia rekonstrukció (szekvencia
összeállítása)
Lander et al. Nature 2001
9
Klón térképezés sequence ready térkép
10
Hierarchikus genom szekvenálás
BAC könyvtár készítése
klón térképezés
shotgun alklón könyvtár készítése
szekvenálás
szekvencia rekonstrukció (szekvencia
összeállítása)
Lander et al. Nature 2001
11
Shotgun alklón könyvtár készítése
Klónozó vektor
BAC primer klón
Alklón inzert
Szekvenáló vektor
12
Hierarchikus genom szekvenálás
BAC könyvtár készítése
klón térképezés
shotgun alklón könyvtár készítése
szekvenálás/read processing
szekvencia rekonstrukció (szekvencia
összeállítása)
Lander et al. Nature 2001
13
Szekvenálás
14
Robotizált automatizálás
Lander et al. Nature 2001
15
Bázis calling
PHRED
bázis A Q 40
16
Vektor clipping
17
Hierarchikus genom szekvenálás
BAC könyvtár készítése
klón térképezés
shotgun alklón könyvtár készítése
szekvenálás/read processing
szekvencia rekonstrukció (szekvencia
összeállítása)
Lander et al. Nature 2001
18
Szekvencia összeállítása
PHRAP
19
Az ismétlodo DNS szekvenciák nehezítik az
összeállítást
20
Szekvenálás befejezése (finishing)
kis szekvencia lefedettségu és/vagy rossz
minoségu régiók
hézag
CONSED, AUTOFINISH
21
2. Humán genom annotáció
22
Genom annotáció Célok
ismétlodo elemek
Fehérje kódoló gének
RNS gének
GC tartalom
23
A kiindulási anyag
AGCGTGGTAGCGCGAGTTTGCGAGCTAGCTAGGCTCCGGATGCGA CCAG
CTTTGATAGATGAATATAGTGTGCGCGACTAGCTGTGTGTT GAATATAT
AGTGTGTCTCTCGATATGTAGTCTGGATCTAGTGTTG GTGTAGATGGAG
ATCGCGTAGCGTGGTAGCGCGAGTTTGCGAGCT AGCTAGGCTCCGGATG
CGACCAGCTTTGATAGATGAATATAGTGT GCGCGACTAGCTGTGTGTTG
AATATATAGTGTGTCTCTCGATATGT AGTCTGGATCTAGTGTTGGTGTA
GATGGAGATCGCGTGCTTGAG TCGTTCGTTTTTTTATGCTGATGATATA
AATATATAGTGTTGGTG GGGGGTACTCTACTCTCTCTAGAGAGAGCCTC
TCAAAAAAAAAGCT CGGGGATCGGGTTCGAAGAAGTGAGATGTACGCGC
TAGXTAGTAT ATCTCTTTCTCTGTCGTGCTGCTTGAGATCGTTCGTTTT
TTTATGCT GATGATATAAATATATAGTGTTGGTGGGGGGTACTCTACTC
TCTCT AGAGAGAGCCTCTCAAAAAAAAAGCTCGGGGATCGGGTTCGAAG
A AGTGAGATGTACGCGCTAGXTAGTATATCTCTTTCTCTGTCGTGCT
24
Kódoló gének ab initio predikciók
Stop kodon
Start kodon
ATGGCACCACCGATGTCTACGTGGTAGGGGACTATAAAAAAAAAAA
PolyA szignál
Open Reading Frame ORF
25
Ab initio predikciók
Gén struktúra
26
Ab initio predikciók
AGAATAGGGCGCGTACCTTCCAACGAAGACTGGG
splice acceptor hely
splice donor hely
27
Ab initio predikciók
Genscan Grail Genie GeneFinder Glimmer etc
EST_genome Sim4 Spidey EXALIN
28
Homológián alapulú predikciók
más szervezetbol származó ismert kódoló szekvencia
expresszált szekvencia
ACGGAAGTCT
GGACTATAAA
ATGGCACCACCGATGTCTACGTGGTAGGGGACTATAAAAAAAAAAA
homológia által megjósolt gének
Genomescan Twinscan etc
29
Összesítés gén predikciós rendszer
Sim4 dbEst
Genewise
Grail
Genscan
FgenesH
Ensembl
Otto
30
ncRNS gének
Szerkezet alapján történo predikció (pl. tRNS-ek)
újabb ncRNS-ek esetén csak a homológián alapuló
megközelítések voltak sikeresek
31
Ismétlodo annotáció
Repeat annotation szekvencia hasonlóságokon
alapszik, hogy felismerjük az ismétlodo elemeket
az ismétlodo szekvenciák könyvtárában
32
A humán genom térképe
33
Gén annotációk kódoló gének száma
Lander et al. Initial sequencing and analysis of
the human genome, Nature, 2001
34
Gén annotációk gének mérete
Lander et al. Initial sequencing and analysis of
the human genome, Nature, 2001
35
Gén annotációk gének funkció
Lander et al. Initial sequencing and analysis of
the human genome, Nature, 2001
36
GC tartalom és kódoló potenciál
Lander et al. Initial sequencing and analysis of
the human genome, Nature, 2001
37
ncRNS-ek
Lander et al. Initial sequencing and analysis of
the human genome, Nature, 2001
38
Szegmentális duplikációk
Lander et al. Initial sequencing and analysis of
the human genome, Nature, 2001
39
Ismétlodo elemek
Lander et al. Initial sequencing and analysis of
the human genome, Nature, 2001
40
Gének és ismétlodések
41
Fizikai vs. genetikai térkép (Mb/cM)
0.4 cM
1.3 cM
0.7 cM
0.4 Mb
0.7 Mb
0.3 Mb
42
3. Humán genom variabilitás
43
DNS szekvencia variációk

• a referencia humán genom szekvenciája 99.9-ban
  azonos más ember szekvenciájával

• a szekvencia-variációk teszik egyedivé genetikai
  mintázatunkat

• a leggyakoribb variációs forma a
  single-nucleotide polymorphisms (SNP) 10
  millió SNP-et ismerünk ma

SNP
44
DNS szekvencia variációk
inzerció-deléció (INDEL) polimorfizmusok
45
Szerkezeti variációk
Speicher Carter, NRG 2005
46
Szerkezeti variációk
Feuk et al. Nature Reviews Genetics 7, 8597
(February 2006) doi10.1038/nrg1767
47
Szerkezeti variánsok azonosítása
Feuk et al. Nature Reviews Genetics 7, 8597
(February 2006) doi10.1038/nrg1767
48
Epigenetikus változások kromatin struktúra
Sproul, NRG 2005
49
Epigenetikus változások DNS metiláció
Laird, NRC 2003