'

Биоинформатика, или молекулярная биология in silico

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 1

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


Слайд 2

Пропаганда 1 красный: статьи синий: последовательности


Слайд 3

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 4

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 5

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


Слайд 6

Пропаганда – 2 Полные геномы


Слайд 7

Haemophilus influenzae, 1995


Слайд 8

Vibrio cholerae, 2000


Слайд 9

Сравнительно-геномные подходы Positional clustering Phylogenetic profiling Gene fusions


Слайд 10

Metabolic pathways


Слайд 11

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


Слайд 12

More genomes (stronger links) => highly significant clustering


Слайд 13

… особенно в линейных путях (справа)


Слайд 14

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


Слайд 15

Phyletic profiles in the Phe/Tyr pathway


Слайд 16

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 17

STRING: trpB – fusions


Слайд 18

Утилизация пектина E. chrysanthemi


Слайд 19

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


Слайд 20

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 21

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


Слайд 22

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


Слайд 23

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 24

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 25

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 26

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


Слайд 27

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


Слайд 28

Цинк и паралоги белков рибосом nZUR pZUR AdcR


Слайд 29

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


Слайд 30

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 31

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


Слайд 32

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


Слайд 33

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


Слайд 34

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 35

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


Слайд 36

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


Слайд 37

Как регулируется: репрессия в результате кооперативного связывания


Слайд 38

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: