Karşılaştırmalı Genomik

7/31/2019 Karlatrmal Genomik

1/35

Karlatrmal Genomik


2/35

Genom projeleri, molekler evrimbiyologlarnn trler arasndakarlatrdklar DNA dizilerinin artmasnve daha doru sonular elde edilmesinisalamtr.

Bu durum yeni Karlatrmal Genomik

bilimini dourmutur.


3/35

Tamam Dizilenmi Genomlar

7 karyot+insan 16 arkea

100 bakteri

>600 virs


4/35

Karlatrmal Genomik Nedir?

Kaltmsal hastalklar, genlerin fonksiyonlar veevrim ile ilgili almalar iin farkl trlerin genetikmateryallerinin karlatrlmas ve analiz

edilmesidir.


5/35

Neden Karlatrmal Genomik?

Genom seviyesinde farkl trler arasnda nelertek? neler ortak? bize syler.

Genom karlatrmalaryla, daha nce

tanmlanm olan genlerin fonksiyonlar veetkileimleri hakknda bize fikir verir. Paralog ve ortolog genlerin ayrt edilmesi

nsan genleri ve dier DNA blgelerininfonksiyonlar, dk organizmalardaki

almalar ile belirlenebilir.


6/35

Byk Aratrma Sahas

Genomlar arasnda farkllklar ve benzerliklerinanlalmas

Yeni genomlarn gen fonksiyonu, ekzonlar gibi

zelliklerinin belirlenmesi ve esas olarak evrimalmalar (molekler filogenetik)

Byk genomik dizilerin karlatrlmas iinetkili algoritmalarn gelitirilmesi


7/35

Genom Boyutu

Boyut ve karmakl iin btn genomdaki

genlerin says Geleneksel homoloji-temelli yaklamlara

alternatif yeni nonhomoloji-temelli yaklamlar

DNA Protein Fonksiyon Organizma Populasyon


8/35

Uygulanan Yntemler

Belirlenmi eitli genomlardaki benzergenlerin zellik ve fonksiyonelkorelasyonunun aratrlmasnda; Filogenetik profil karlmas

Kromozomal yaknlk

Domain fzyonu


9/35

Uygulanan Yntemler

Filogenetik profil karlmas Ortolog genler arasnda fonksiyonel balantlarn

anlalmasnda uygulanmaktadr.

Filogenetik dalmlar uygun olduunda bu yntem ilegenler birbirleriyle balantl bulunmaktadr.


10/35

Uygulanan Yntemler

Kromozomal yaknlk eitli genomlarda genlerin kromozomlardaki

yaknlklarnn aratrlmasdr.


11/35

Uygulanan Yntemler

Domain fzyonu

Genlerin ortologlar dier organizmalarda fzyonoluturup oluturmadna baklarak, farkl

nonhomolog genlerinde birbirleriyle olan fonksiyonelilikileri aratrlmaktadr.


12/35

Byk genomik dizilerin karlatrlmas iinetkili algoritmalarn gelitirilmesi Pajek program kullanlarak yaplan analizler

H. Pylori genomunun bilinen 43 mikrobiyal genomarasnda yaplan karlatrma


13/35

Algoritmalarn Gelitirilmesi

Benzerlik yaklam Eleen nkleotidlerin maksimum sayda

bulunmas

J Mol Bio. 1970:48;443-453. Mesafe yaklam

Elemeyenlerin minimum sayda bulunmas Adv Math. 1976: 20;367-387.

Bilgisayar programlar ok saydaki dizilerin incelenmesi, r;Clustal

Trends Biochem Sci. 1998:23;403-405.


14/35

Molekler Filogenetik

Evrimsel aalar, iki yada daha fazladizinin benzerlik (dizi homolojisi)derecelerine gre atasal dizilerin

belirlenmesi ile oluturulabilmektedir.


15/35

Evrimsel Aalarn Oluturulmas

Farkl organizmalar (diziler) eksternal nodlar olarak gsterilirken, ikiyada daha fazla organizmann birleen kollarla atasal formuinternal nod olarak gsterilmektedir.

Aalar iki tiptir;Unrooted aa Rooted aaSadece organizmalar arasndaki Evrimsel geliimi ve atasalakrabal gstermektedir. kkeni de gstermektedir.


16/35

Evrimsel Aalarn Oluturulmas

Farkl yaklamlar; Mesafe Matriks Metodu

Maksimum Parsimony Metodu Maksimum htimal Metodu

Oluturulan evrimsel aalarndoruluunun test edilmesinde kullanlan

istatistiksel yaklamlar; Monte-Carlo simulasyonunun bir formu olanbootstrapping metodu


17/35

Mesafe Matriks Metodu

En sk uygulanan metot Diziler arasnda evrimsel mesafeleri lebilmek iin diziler tablo

haline getirilir.

Diziler arasnda farkl nkleotidlerin oran belirlenir. En dk mesafe skoru, iki dizinin bir kk ile bal olduklarn

gsterir. Ancak sonular molekler zaman ile uyumlu olmaldr.

6/30

3/30


18/35

Dier Alternatif Metodlar

Maksimum Parsimony Metodu Evrimsel basamaklarn minimum sayda

kullanlmas esasna dayanr.

En az deiikliklerde akrabalk ilikileriningsterilmesinde nem tamaktadr.

Maksimum htimal Metodu Mmkn olabilecek btn aalar meydana

getirilerek yaplmaktadr.Az sayda dizinin mevcut olduu durumlarda

kullanlabilmektedir.


19/35

Bootstrapping Metodu

statistiksel olarak yaplan bu ilemde, orijinal bilgiler alt gruplaraayrlr. Deerlendirilecek ksm (17-30) ayrlr, dier ksm (1-16)tutulur. Ayrlan ksmdan rasgele blgeler seilerek yenipseudodiziler oluturulur ( tekrarlanan 2,9,5,14, vb veya karlan17,21,23 vb). Bu ilem istatistiksel olarak 1000 yada daha fazla

sayda tekrarlanr ve bir bootstrap deeriverir. Bu deerin%100e yakn olmas, simulasyonlar sonucu hangi iki dizininakrabalk ilikisinin fazla olduunu gstermektedir.


20/35

Yeni Bilgisayar Programlar

Geni boyutlardaki genom dizilerininincelenmesinde kullanlan bu programlar,evrimsel akrabalklarn ve iyi korunmu dizilerintanmlanmasnda nem tamaktadr.

rnein; VISTA http://www-gsd.lbl.gov/vista

50 kb genomik dizideki insan KIF3 ve IL4 gen dizilerinin kpek ve faredekiortolog diziler ile VISTA grafiinde karlatrlmas
http://www-gsd.lbl.gov/vistahttp://www-gsd.lbl.gov/vistahttp://www-gsd.lbl.gov/vistahttp://www-gsd.lbl.gov/vista


21/35

Dier Servis ve Arama Motorlar

EnteriX enterik bakterilerhttp://bio.cse.psu.edu/pipmaker/

UCSC (University of California at Santa Cruz)memeliler, kurtuklar, 13 vertebral

http://pipeline.lbl.gov

Ensembl memeliler, balklar, bcekler, kurtuklar http://www.ensembl.org/

GALA (Genome Alignment and Annotation Database)

insan, fare, san

http://bio.cse.psu.edu/
http://bio.cse.psu.edu/pipmaker/http://pipeline.lbl.gov/http://www.ensembl.org/http://bio.cse.psu.edu/http://bio.cse.psu.edu/http://www.ensembl.org/http://pipeline.lbl.gov/http://bio.cse.psu.edu/pipmaker/


22/35

Analizlerin Sonular

Tm genom kyaslamalarnda insan genomdizilerinin fareninkiyle ~%40nn uyumlu olduubelirlenmitir.

Bu ok tekrarl DNA dizileri 2 snfa ayrlmtr. Soy-spesifik tekrarlar

Ortak bir atadan insan ve farelerin ayrlmasndan sonrameydana gelen yer deitirmelerdir (en son 80-100 MYr).

nsanda genomun %24.4, farede genomun %32.4 Eski korunmu tekrarlar

Ortak ata ve ortolog insan ve fare tekrarlar olup 80-100MYrdan daha eski olduklar belirlenmitir. nsanda %22 iken, fare genomunda %5 olup byk oranda

deimitir.


23/35

Genom Dizileme SonularndakiSrprizler

1mm uzunluundaki~1000 hc.li nematodkurtuunun gensaysndan sadece 1.5

kat daha fazla gene sahipolduumuzu veya dahakompleks olan meyvesineinden kck bir

kurtuun binlerce dahafazla gene sahipolduunu kim tahminederdi?


24/35

Biyolojik Komplekslik ile

Gen Saysnn likisi Sonuta, vertebral

genomlarnvertebraszgenomlardakine gre

kabaca iki kat vebunlarnda tek hcrelicanllardan ok dahafazla gen saysna

sahip olduklarbelirlenmitir.


25/35

Genom Fonksiyonunun Anlalmas

Benzer genomlar arasnda fonksiyonelblgelerin belirlenmesi

Protein kodlayan genlerin tanmlanmas

Kodlama yapmayan RNA genlerinin tahminedilmesi

Kodlamayan DNA blgelerinin trler arasndaki

benzerliklerinin incelenmesi Reglatr dizilerin belirlenmesi


26/35

Karlatrmal Proteomiks

Protein karlatrmalar,eitli modelorganizmalarn genomlarile insan genomu

kyaslanmas sonucugenlerin evrimsrecindeki pozisyonlarhakknda bilgilersalamtr.

Ayrca, proteindomainleri, motifler vedier komponentlerhakknda bilgisalamaktadr.

Tahmini insan ve fare protein homologlarnntaksonomik dalmlar


27/35

Farkl Filogenetik MesafelereYaklam

Multiselllerorganizmalardaproteinlerin temelleri

neler?

Seleksiyonda etkigsteren diziler neler?Organizmalarn

zelliklerinden

sorumlu diziler neler?

ada trler

zaman

4 farkl organizmann filogenetikaataki pozisyonlar grlmekte


28/35

Bizi nsan Yapan Nedir?Biz Nereden Geldik?

Cevaplardan biri, yaammz iin gerekli olan sahipolduumuz tm genomumuz, genlerimiz ve bunlarnrnleridir.

lk 1995 ylnda balayan genom projelerinden elde

edilen veriler, bizi dier trlerden ayrtan moleklerfarkllklar gstermeye balamtr. Filogenetik gruplar arasnda insanlarn yeri belirlenmitir. Evrimsel srete biz, karyotlar, metazoalar,

bilateryanlar, klomallar, dterostomlar, kordallar,kraniallar, vertebrallar, gnatostomlar, amnionlular,teryan memeliler, katarrhin primatlar, hominoidler vehominidlerdeniz.


29/35


30/35


31/35


32/35

Farkllklar Oluturan Nedir?

Gen ekspresyonu ile ilikili eitli zelliklertrler arasnda farkllklar oluturmaktadr.

rnein; Operonlar: transkripsiyonel reglasyonda DNA metilasyonu

Genomik imprinting: zellikle memelilerde

Adaptasyonlar: mmn sistem, hormonlarla ilikili XY cinsiyet farkllamas, X inaktivasyonu,

plasentasyon gibi


33/35

Gelitirilen Programlar

PGA program, 2000 ylnda NHLBI(National Heart, Lung, and BloodInstitute) balatt.

Kalp, Ac, kan ve uyku sal ve

hastalklar ile ilikili fonksiyonelgenomik aratrmalar iermektedir.

eitli karlatrmal genomikyaklamlarn kullanarak,

kardiyovaskler sistemde etkiligenleri ve bunlarn ekspresyonlarnregle eden elementlerinfonksiyonlarnn tanmlanmasamalanmtr.

http://pga.lbl.gov/


34/35

Kardiyovaskler KarlatrmalGenomik Veritaban (CVCGD)

Bilinen kardiyovaskler genlerin nemli biyolojikdurumlardaki reglasyonlarnn anlalmasnda buveritaban kullanlmaktadr. 4 yllk periyot da yaklak 200genin karakterizasyonlar yaplmtr. Genler hakkndaOMIM, insan ve fare Gen Bankalarna da ulamak

mmkndr. CVCGDde arama yaplmas

Gen adlar ve ksaltmalarna gre Alfabetik sralamaya gre Kategorilere gre (hastalk gruplar)

Heart and Vascular Development 4 gen Blood Pressure/kidney 17 gen Blood Pressure/homeostasis 55 gen Atherosclerosis 82 gen Thrombosis 35 gen Hypertrophy and Heart Failure 23 gen
http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=1http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=2http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=3http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=4http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=5http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=6http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=6http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=5http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=4http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=3http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=2http://pga.lbl.gov/cgi-bin/search_cvcgd?type=c&value=1


35/35

Sonu

Genom projeleri devam etmekte ve listeuzamaktadr.

Genomik karlatrmalar sonucunda elde edilen

bilgiler hzla artmakta ve gelitirilen programlarsayesinde bilgiye ulama kolaylamaktadr.

Karlatrma analizlerinin gcn kavrayannsan Genom Projesi sayesinde, yakn gelecektearatrmaclar tarafndan pek ok sonu ortayakacaktr.

Documents

Karşılaştırmalı Genomik