Transpozony a ewolucja miejsc wi zania czynników transkrypcyjnych u ssaków

Transkrypt

1 Transpozony a ewolucja miejsc wi zania czynników transkrypcyjnych u ssaków

2 Na podstawie Przypomnienie poj Guillaume Bourque, Bernard Leong, Vinsensius B. Vega, et al., Evolution of the mammalian transcription factor binding repertoire via transposable elements

3 Plan prezentacji Przypomnienie poj 1 Przypomnienie poj 2 Cel artykuªu Dane Wyniki 3 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS 4

4 Transkrypcja Czynniki transkrypcyjne Transpozony Chromatin Immunoprecipitation PRZYPOMNIENIE POJ

5 Transkrypcja Przypomnienie poj Transkrypcja Czynniki transkrypcyjne Transpozony Chromatin Immunoprecipitation Denicja Transkrypcja to proces syntezy RNA na matrycy DNA przez ró»ne polimerazy RNA, czyli przepisywanie informacji z DNA na RNA. Transkrypcja bezpo±rednio reguluje ekspresj wszystkich genów w organizmie

6 Transkrypcja Przypomnienie poj Transkrypcja Czynniki transkrypcyjne Transpozony Chromatin Immunoprecipitation Denicja Transkrypcja to proces syntezy RNA na matrycy DNA przez ró»ne polimerazy RNA, czyli przepisywanie informacji z DNA na RNA. Transkrypcja bezpo±rednio reguluje ekspresj wszystkich genów w organizmie Transkrypcja jest regulowana przez czynniki transkrypcyjne.

7 Czynniki transkrypcyjne Transkrypcja Czynniki transkrypcyjne Transpozony Chromatin Immunoprecipitation Denicja Czynnik transkrypcyjny (TF) jest biaªkiem wi» cym DNA na obszarze promotora lub sekwencji wzmacniaj cej w specycznym regionie, gdzie reguluje proces transkrypcji. Zobaczmy jak to si odbywa na przykªadzie.

8 Transpozony Przypomnienie poj Transkrypcja Czynniki transkrypcyjne Transpozony Chromatin Immunoprecipitation Denicja Transpozon to sekwencja DNA, która mo»e przemieszcza si na inn pozycje w genomie tej samej komórki w wyniku procesu zwanego transpozycj.

9 Chromatin Immunoprecipitation Transkrypcja Czynniki transkrypcyjne Transpozony Chromatin Immunoprecipitation Denicja Chromatyczna immunoprecypitacja (ChIP) jest badaniem, które umo»liwia odnalezienie w genomie regionów wi zania jakich± zadanych struktur biaªkowych (np. czynników transkrypcyjnych). Wyró»niamy kilka ró»nych metod Chromatin Immunoprecipitation: ChIP-chip ChIP-Seq ChIP-PET

10 Transkrypcja Czynniki transkrypcyjne Transpozony Chromatin Immunoprecipitation

11 Cel artykuªu Dane Wyniki IDEA I PRZESŠANIE ARTYKUŠU

12 Cel artykuªu Przypomnienie poj Cel artykuªu Dane Wyniki Gªówny cel: Pogª bi wiedz o mechanizmach regulacji transkrypcji u eukariotów oraz zbada ich wpªyw na proces formowania si gatunków.

13 Dane Przypomnienie poj Cel artykuªu Dane Wyniki Genomy myszy i czªowieka wraz z opisami regionów wi za«(ang. binding regions) siedmiu ró»nych czynników transkrypcyjnych:

14 Cel artykuªu Dane Wyniki Uwaga: B dziemy rozró»nia : region wi zania (ang. binding region) miejsce wi zania (ang. binding site) motyw (ang. binding motif)

15 Wyniki Przypomnienie poj Cel artykuªu Dane Wyniki Obserwacje poczynione przez autorów: 1 Regiony wi za«czynników transkrypcyjnych sªabo konserwuj si w toku ewolucji.

16 Wyniki Przypomnienie poj Cel artykuªu Dane Wyniki Obserwacje poczynione przez autorów: 1 Regiony wi za«czynników transkrypcyjnych sªabo konserwuj si w toku ewolucji. 2 Regiony wi za«niektórych TFów wyst puj prawie tylko i wyª cznie w pewnych rodzinach transpozonów.

17 Wyniki Przypomnienie poj Cel artykuªu Dane Wyniki Obserwacje poczynione przez autorów: 1 Regiony wi za«czynników transkrypcyjnych sªabo konserwuj si w toku ewolucji. 2 Regiony wi za«niektórych TFów wyst puj prawie tylko i wyª cznie w pewnych rodzinach transpozonów. 3 Przodkowie transpozonów mogli zawiera sekwencje, które wyewoluowaªy w miejsca wi za«.

18 Wyniki Przypomnienie poj Cel artykuªu Dane Wyniki Obserwacje poczynione przez autorów: 1 Regiony wi za«czynników transkrypcyjnych sªabo konserwuj si w toku ewolucji. 2 Regiony wi za«niektórych TFów wyst puj prawie tylko i wyª cznie w pewnych rodzinach transpozonów. 3 Przodkowie transpozonów mogli zawiera sekwencje, które wyewoluowaªy w miejsca wi za«. 4 Motywy wi za«zawarte w transpozonach podlegaj prawom selekcji naturalnej.

19 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS SZCZEGÓŠY

20 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Obserwacja I regiony wi za«sªabo si konserwuj Obserwacja Regiony wi za«czynników transkrypcyjnych nie s konserwowane w toku ewolucji nawet mi dzy blisko spokrewnionymi gatunkami. Uzasadnienie: Polegamy na dwóch metrykach konserwacji regionów wi za«: 1 stopie«pokrycia regionów wi za«ze znanymi zakonserwowanymi cz ±ciami w genomie 2 obecno± homologicznych motywów w spokrewnionych gatunkcah

21 Metryki konserwacji szczegóªy Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Metryka 1: Informacje o zakonserwowanych cze±ciach wykorzystywaych genomów zostaªy ±ci gni te ze strony programu PhastCons. Metryka 2: Charakterystyczne motywy dla poszczególnych TFów zostaªy zaczerpni te z publikacji. Homologiczne motywy obliczono z pomoc programu liftover. Badani krewniany czªowieka: szympans, makak, mysz, pies. Badani krewniacy myszy: szczur, pies, czlowiek.

22 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

23 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

24 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

25 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Obserwacja II transpozony a regiony wi za«tfów Obserwacja Regiony wi za«czterech (z siedmiu badanych) TFów s zawarte w konkretnych rodzinach transpozonów i wyst puj prawie tylko i wyª cznie w nich. Uzasadnienie: Miejsca wyst powania poszczególnych rodzin transpozonów w badanych genomach obliczamy programem RepeatMasker. Sprawdzamy ile regionów wi za«pokrywa si z poszczególnymi rodzinami transpozonów.

26 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

27 Obserwacja II dokªadne warto±ci Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Dokªadne warto±ci: 19.8% regionów wi za«esr1 jest zawartych w rodzinie MIR (oczekiwano 13.3%), Pwarto± = % regionów wi za«tp3 jest zawartych w rodzinie ERV1 (oczekiwano 6.1%), Pwarto± = % regionów wi za«pou5f1-sox2 jest zawartych w rodzinie ERVK (oczekiwano 8.7%), Pwarto± = % regionów wi za«ctcf jest zawartych w rodzinie B2 (oczekiwano 12.4%), Pwarto± =

28 Obserwacja II wniosek Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Wniosek: Znaczny procent regionów wi za«czterech z siedmiu czynników transkrypcyjnych (ESR1, TP3, POU5F1-SOX2, CTCF) wyst puje w konkretnych rodzinach transpozonów. Takie miejsca wi za«b dziemy dalej okre±lali mianem RABS, czyli Repeat Associated Binding Sites.

29 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Ocencno± motywów w regionach wi za«i w RABS Obecno± motywów w regionach wi za«i w RABS:

30 Obserwacja III Przypomnienie poj Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Obserwacja Przodkowie transpozonów mogli zawiera sekwencje, które wyewoluowaªy w miejsca wi za«. Uzasadnienie 1: Wyszukujemy wszystkich wyst pie«transpozonów z danej rodziny w genomie. W ka»dym z wyst pie«szukamy instancji motywu dla danego czynnika transkrypcyjnego. W ka»dym z wyst pie«odnajdujemy tak»e region, który rzeczywi±cie zostaª zwi zany z danym TFem.

31 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

32 Obserwacja III Przypomnienie poj Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Uzasadnienie 2 szacujemy podobie«stwo przodka rodziny transpozonów do motywu dla danego TFa: Za przodka rodziny transpozonów uznajemy uliniowienie wszystkich wyst pie«transpozonów z tej rodziny w genomie. Obliczamy podobie«stwo przodka i motywu (czyli najmniejsz odlegªo± Hamminga). T warto± porównujemy z podobie«stwem przodka i losowego promotora danego TFa.

33 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

34 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

35 Obserwacja III wnioski Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Wniosek 1: Transpozycje rozwa»anych rodzin transpozonów mogªy wpªyna na proces ksztaªtowania miejsc wi za«czynników transkrypcyjnych:

36 Obserwacja III wnioski Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Wniosek 2: Górne oszacowanie na czas pojawienia si miejsc wi za«w genomie to czas wyksztaªcenia si rodziny transpozonów, które je zawieraj. Czas wyksztaªcenia si danej rodziny transpozonów mo»na oszacowa ±redni liczb ró»nic mi dzy przodkiem a obecn form.

37 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

38 Obserwacja IV Przypomnienie poj Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS Obserwacja Motywy zawarte w RABS podlegaj prawom selekcji naturalnej. Uzasadnienie: Porównyjemy liczb wyst pie«motywu w elementach danej rodziny transpozonów z oczekiwan liczb jego wyst pie«w transpozonach powstaªych w wyniku losowego mutowania przodka.

39 Sªaba konserwacja regionów wi za«transpozony a regiony wi za«przodkowie transpozonów a ewolucja miejsc wi za«selekcja naturalna motywów z RABS

40 PODSUMOWANIE

41 Obserwacja V Przypomnienie poj Obserwacja RABS wyst puj w pobli»u genów regulowanych przez odpowiadaj ce im czynniki transkrypcyjne. Uzasadnienie: Sprawdzamy jaki procent regionów wi za«znajduje si w pobli»u (10 kb) genów regulowanych przez dany czynnik transkrypcyjny. Rozpatrujemy zarówno regiony wi za«zawarte w transpozonach jak i te wolne. Wyniki porównujemy z warto±ciami oczekiwanymi obliczonymi na zestawie losowych genów.

42

43 Wnioski Przypomnienie poj Wnioski: 1 Transpozony s wa»nym czynnikiem reguluj cym ekspresj genów u eukariotów. 2 Transpozony odgrywaj znacz c rol w procesie ksztaªtowania si logenetycznej ró»norodno±ci ssaków.

44 Dzi kuj za uwag.

45 Bibliograa Przypomnienie poj Guillaume Bourque, Bernard Leong, Vinsensius B. Vega, et al., Evolution of the mammalian transcription factor binding repertoire via transposable elements, Genome Research. 2008,