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Curso de Férias

Análise genômica 2013

08 a 11 de julho de 2013

Instituto de Biociências, UNESP, Botucatu, SP

Dr. Marcos Correa Dias

(dias@ibb.unesp.br)

Qual a diferença?

bactériahomem

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COMPLEXIDADE MECÂNICA

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COMPLEXIDADE BIOLÓGICA

COMPLEXIDADE BIOLÓGICA

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QUAL A BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE???

A variabilidade protéica nãoaumenta com a complexidade mas exige maior regulação da expressão

BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE

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Quantidade de DNA não-codificante = complexidade

Szymansky et al. 2005; Mattick, 2007

BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE

BASE GENÉTICA DA COMPLEXIDADE

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SIGNIFICÂNCIA BIOLÓGICA?

Desafio da biologia molecular...

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Ômicas: da genômica à

RNômica

Dr. Marcos Correa Dias

(dias@ibb.unesp.br)

Departamento de Morfologia do Instituto de Biociências de Botucatu

GENOMAS COMPLETAMENTE SEQUENCIADOS

(http://genomesonline.org)

3.385 completos // 12.844 incompletos

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BANCO DE DADOS

(http://www.ensembl.org/)

(http://www.genome.ad.jp/kegg2.html)

(http://www.ebi.ac.uk/Databases/genomes.html)

(http://mips.biochem.mpg.de/)

www.sanger.ac.uk/

(Binneck, 2004)

GENÔMICA

TRANSCRIPTÔMICA (GENÔMICA FUNCIONAL)

PROTEÔMICA

METABOLÔMICA

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(Palsson, 2002)

A ERA DAS ÔMICAS

1944 19531866

da

hereditariedade

-Mendel, Brünn 4:3 47.

DNA material da

hereditariedade

-Avery et al., J. Exp.Med. 79:137

158.

LINHA DO TEMPO

Determinação da estrutura

do DNA

- Watson & Crick, Nature 171:737.

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1975 19831963

O código genético

- Nirenberg, Sci.Am. 208:80

94.

Estabelecimento de

métodos automatizados

para seq. DNA

- Sanger & Coulson, J.Mol. Biol.

94:441 8.

LINHA DO TEMPO

Polymerase Chain

Reaction (PCR)

- Kary B. Mullis &

- Michael Smith

19951987

Mapeamento

genômico Cr. humano

- Arveiler et al., Genomics

1(1):60-6.

Sequenciado o primeiro

genoma de organismo de

vida livre

- Fleichman et al. Science,

269(5223):496-512.

LINHA DO TEMPO

1989

Início do projeto

GENOMA HUMANO

-Celera (Venter)

-Iniciativa Pública (Collins)

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Projeto GENOMA HUMANO

- Collins et al. Science,

300(5617):286-90.

-Pennisi et al, Science, 300 (5618):409

2003 20031999

Visão do futuro da

genômica

- Collins et al. Nature 422: 835-47.

Transcriptômica

-Brown et al.

Nature 402(6763):715

LINHA DO TEMPO

Palavra chave 1987 90 93 95 97 98 99 2000 2001 2012

3 12 52 90 208 386 678 1263 2081 78142

- - - 4 18 37 69 126 192 12243

Functional - - - - 10 46 131 277 480 15071

- - - - - - 1 3 7 11483

- - - - 1 20 67 277 631 34599

- - - - 1 11 37 136 249 12543

- - - - - - - 2 7 4056

- - - - - - - - 5 238

- - - 20 78 144 230 420 657 101488

TABELA 1 Número de ocorrências no PubMed

(http://www.ncbi.nml.nih/)

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Análise genômica: presente e futuro

dias@ibb.unesp.br

GENÔMICA

Estudo do genoma de um organismo

Compreensão do design dos organismos, descoberta de novos

genes, diagnóstico e controle gênico de doenças

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GENÔMICA ESTRUTURAL

Caracteriza a natureza física dos genomas (sequências de NTs)

(Brenner, 2006)

GENÔMICA COMPARATIVA

Comparação de um genoma com outros conhecidos

(Pollard et al., 2006)

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Comparação de genomas

Homologias & Famílias

Alinhamento de sequências

Inversão

Translocação

Duplicação

GENÔMICA FUNCIONAL

Descreve funções e interações entre genes

Transcriptômica ou RNômica

Gene expression profilling

Organismo, órgão, tecido ou linhagem celular

(Pevsner, 2009)

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Variações no TRANSCRIPTOMA: ciclo celular, estado

fisiológico, estímulos externos e doenças

Uso de técnicas de high-throughput ( e )

(Wang et al, 2009)

GENÔMICA FUNCIONAL

SAGE (serial analysis of gene expression)

DNA-microarrays e Oligo-microarrays (mRNA cDNA)

Spotted Arrays-cDNA ou DNA genômico-Oligonucleotídeos-24.000 análises

AFFYMETRIX-comercial-500.000 análises

(Velculescu et al, 1997)

RNÔMICA: Métodos

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RNÔMICA: Métodos

Quantificação em larga escala (open arrays)

ViiATM 7 Real-time PCR system

Taqman®Low Density Array (TLDA)

RNÔMICA: Métodos

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(Wang et al, 2009; Blow, 2009)

(Cloonan, 2008, Nature Methods)

RNÔMICA: Single Cell

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EPIGENÔMICA

Ciência que busca esclarecer como o genoma funciona

complexidade plasticidade

1. Modificação nas Histonas

2. Metilação do DNA

3. RNAs não-codificadores

(Russel, 2010; Novik et al., 2002)

Imprinting genômico

EPIGENÔMICA: Métodos

Chromatin Immunoprecipitation (ChIP)-Chip e ChIP-Seq

(Laird, 2010; Russel, 2010; Barski et al., 2007; Kouzarides et al., 2007)

Histone modifications assays (DNAse-I digestion):

Genome wide DNA methylation assays

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PROTEÔMICA

1a 2a

3a 4a

Modificações pós-traducionais (MPT):

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1.Identificação de proteínas com alterações pós-traducionais

Anticorpos mod-específicos

P

Fc

2D gel eletroforesis

(Klopfleischet al., 2010)

PROTEÔMICA: Métodos

1.Identificação de proteínas com alterações pós-traducionais

= SDS-PAGE + shotgun proteomics

(August et al., 2008)

HPLC + espectrofotometria de massa

PROTEÔMICA: Métodos

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2.Determinação de proteínas em mistura complexa

Electrospray ionization (ESI)

Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI)

(Fenn, 1989)

PROTEÔMICA: Métodos

3.Determinação de interações entre proteínas

Predições computacionais

Database ofInteracting Proteins(DIP): http://dip.doe-

mbi.ucla.edu/dip/Main.cgi

Biomolecular Interaction Network Database (BIND): http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11125103

Base de dados

PROTEÔMICA: Métodos

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Antibody microarray

(Screekumar et al., 2001)

PROTEÔMICA: Métodos

Protein arrays

(Zhu & Sneider, 2003)

PROTEÔMICA: Métodos

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METABOLÔMICA

Area da

Genômica Transcriptômica Proteômica Metabolômica

Genômica e Metabolômica comparativas Bioquímica e Bio Mol comparativas

Alvos potenciais

Validação dos alvos

Alvos de drogasProteínas Composto químico,

proteína ou anticorpo.

FARMACOGENÔMICA

(Marshal, 1997)

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TOXIGENÔMICA

Estudo de como o genoma está envolvido na resposta ao stress

ambiental e agentes tóxicos

(Waters et al., 2004; 2003; Guerreiro et al., 2003; Kramer & Kolaja, 2002)

database of environmetal effects of toxic substances in biological systems (CEBS)

Biomarcadores e mecanismos moleculares

de toxicidade e eficiência