'

Биоинформатика, или молекулярная биология in silico

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Биоинформатика, или молекулярная биология in silico М.Гельфанд Семинар в ИППИ 7 апреля 2006


Слайд 1

Пропаганда 1 красный: статьи синий: последовательности


Слайд 2

Анализ индивидуальных генов Поиск родственных белков в банках последовательностей – перенос функции от гомологов Функциональные сайты (каталитические центры) Функциональные участки (трансмембранные сегменты, сигнальные пептиды и т.п.)


Слайд 3

Анализ на уровне индивидуальных генов даёт возможность охарактеризовать 50-75% генов в новом геноме Но: ~100 универсально отсутствующих генов (нет ни одного известного гена для известной функции) множество функций, для которых неизвестны представители в больших таксонах в каждом геноме ~5-10% консервативных генов с неизвестной функцией трудно предсказывать специфичность в мультигенных семействах (транспортёры, факторы транскрипции) нельзя найти что-то принципиально новое


Слайд 4

Characterized experimentally “Hypothetical” Function inferred by similarity only “Conserved hypothetical” How much do we know about the Escherichia coli proteome?


Слайд 5

Пропаганда – 2 Полные геномы


Слайд 6

Haemophilus influenzae, 1995


Слайд 7

Vibrio cholerae, 2000


Слайд 8

Сравнительно-геномные подходы Positional clustering Phylogenetic profiling Gene fusions


Слайд 9

Metabolic pathways


Слайд 10

Functionally dependent genes tend to cluster on chromosomes in many different organisms


Слайд 11

More genomes (stronger links) => highly significant clustering


Слайд 12

… особенно в линейных путях (справа)


Слайд 13

Распределение уровней связи (бимодальное для изоферментов, монотонное для субъединиц)


Слайд 14

Phyletic profiles in the Phe/Tyr pathway


Слайд 15

Arithmetics of phyletic patterns 3-dehydroquinate dehydratase (EC 4.2.1.10): Class I (AroD) COG0710 aompkzyq---lb-e----n---i-- Class II (AroQ) COG0757 ------y-vdr-bcefghs-uj---- Two forms combined aompkzyqvdrlbcefghsnuj-i-- + 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase (EC 2.5.1.19) AroA COG0128 aompkzyqvdrlbcefghsnuj-i-- + Shikimate dehydrogenase (EC 1.1.1.25): AroE COG0169 aompkzyqvdrlbcefghsnuj-i-- Shikimate kinase (EC 2.7.1.71): Typical (AroK) COG0703 ------yqvdrlbcefghsnuj-i-- Archaeal-type COG1685 aompkz-------------------- Two forms combined aompkzyqvdrlbcefghsnuj-i-- Chorismate synthase (EC 2.5.1.19) AroC COG0082 aompkzyqvdrlbcefghsnuj-i--


Слайд 16

STRING: trpB – fusions


Слайд 17

Утилизация пектина E. chrysanthemi


Слайд 18

… и транспорт олигогалактуронатов E. chrysanthemi Y. pestis K. pneumoniae


Слайд 19

YpaA: транспортёр рибофлавина 5 предсказанных ТМ-сегментов => потенциальный транспортёр регуляторный RFN-элемент => ко-регуляция с генами метаболизма рибофлавина => транспорт рибофлавина или предшественника S. pyogenes, E. faecalis, Listeria: есть ypaA, нет генов биосинтеза рибофлавина => транспорт рибофлавина Предсказание: YpaA – рибофлавиновый транспортёр (Gelfand et al., 1999) Проверка: YpaA переносит рибофлавин (генетический анализ, Кренева и др., 2000) ypaA регулируется рибофлавином (анализ экспрессии на микрочипах, Lee et al., 2001; прямой эксперимент, Winkler et al., 2002).


Слайд 20

Метаболическая реконструкция пути биосинтеза лизина: Идентификация пути ацетилированных интермедиатов в B. subtilis и родственных бактериях


Слайд 21

Идентификация пути ацетилированных интермедиатов - 0 dapD (yquQ): ортолог известного гена E. coli


Слайд 22

Идентификация пути ацетилированных интермедиатов - 1 patA: пиридоксаль-фосфат-зависимая аминотрансфераза (по гомологии) ко-локализуется и ко-регулируется с генами биосинтеза лизина во многих грам-положительных бактериях


Слайд 23

Идентификация пути ацетилированных интермедиатов - 2 ykuR: N-ацил-L-аминокислота амидогидролаза (по гомологии) ко-локализуется и ко-регулируется с геном биосинтеза лизина dapD во многих грам-положительных бактериях в некоторых случаях принадлежит к большому лизиновому оперону, регулируемому LYS-элементом


Слайд 24

Идентификация пути ацетилированных интермедиатов - 3 dapX: dapF отсутствует у некоторых бактерий (Staphylococcus aureus, Oenococcus oeni, Leuconostoc mesenteroides) во всех этих геномах есть dapX, гомологичный аланиновой рацемазе и другим эпимеразам в S. aureus dapX принадлежит к большому лизиновому оперону в O. oeni оперон dapX-asd регулируется LYS-элементом


Слайд 25

Сравнительная геномика систем утилизации цинка Две роли цинка в бактериях: Структурная в ДНК-полимеразах, праймазах, рибосомных белках Каталитическая в протеазах и других белках


Слайд 26

Регуляторы и сигналы nZUR-? nZUR-? AdcR pZUR TTAACYRGTTAA GATATGTTATAACATATC GAAATGTTATANTATAACATTTC GTAATGTAATAACATTAC TAAATCGTAATNATTACGATTTA


Слайд 27

Цинк и паралоги белков рибосом nZUR pZUR AdcR


Слайд 28

(в скобках – мотив «цинковая лента») nZUR pZUR AdcR


Слайд 29

Сводка наблюдений: Makarova-Ponomarev-Koonin, 2001: L36, L33, L31, S14 – это единственные рибосомные белки, дуплицированные более, чем в одном геноме L36, L33, L31, S14 – четыре из семи рибосомных белков, содержащих мотив цинковой ленты (четыре цистеина) Из двух (или более) копий L36, L33, L31, S1, обычно одна содержит мотив цинковой ленты, а другая – нет Среди генов, кодирующих паралоги рибосомных белков, как правило одни регулируется цинковым репрессором, а соответствующий белок никогда не имеет мотива цинковой ленты


Слайд 30

Плохой сценарий достаточно цинка недостаточно цинка: весь цинк потреблен рибосомами, ферменты голодают


Слайд 31

Хороший сценарий достаточно цинка недостаточно цинка: часть рибосом включает белки, не содержащие цинка – остается для ферментов


Слайд 32

Регуляторный механизм ribosomes Zn-dependent enzymes R Sufficient Zn Zn starvation R repressor


Слайд 33

Предсказание … (Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Aug 19;100(17):9912-7.) … и подтверждения (Mol Microbiol. 2004 Apr;52(1):273-83.)


Слайд 34

Регуляторная система «с нуля под ключ» Консервативный сигнал перед генами рибонуклеотид-редуктаз Потенциальный регулятор (через филогенетический паттерн + домены)


Слайд 35

Другие члены регулона Реутилизация дезоксирибонуклеотидов Репликация (ДНК-лигазы, топоизомеразы, ДНК-полимеразы


Слайд 36

Как регулируется: репрессия в результате кооперативного связывания


Слайд 37

Что осталось за кадром Эукариоты Структуры Молекулярная эволюция Гены Геномы Метаболические и регуляторные системы Другие виды данных и что с ними делать Экспрессия Белок-ДНКовые взаимодействия Белок-белковые взаимодействия Структура хроматина (метилирование, гистоны и их модификации и т.д.) «Системная биология»


×

HTML:





Ссылка: