Bioinformatik Übungen SS 2010 ABI

Transkript

1 Bioinformatik Übungen SS 2010 ABI 1

2 Übung I Rückblick 2

3 3

4 Übung I - Rückblick Unterschied: CDS - mrna 4

5 Übung I - Rückblick Unterschied: CDS mrna Blastn, Blastp, Blast2seq Auf welchem Chromosom befindet sich das humane Insulin-Gen? 11p15.5 Welche Nachbargene hat Insulin IGF2AS, TH Signalpeptid SignalP 5

6 Übung I - Rückblick Unterschied: CDS mrna Blastn, Blastp, Blast2seq Auf welchem Chromosom befindet sich das humane Insulin-Gen? 11p15.5 Welche Nachbargene hat Insulin IGF2AS, TH Vergleich menschliches und Schweineinsulin B C A 6

7 Übung II Einführung, Teil 1 Sichelzellenanämie 7

8 Sichelzellenanämie Krankhafte Verformung der roten Blutkörperchen 8

9 Sichelzellenanämie Krankhafte Verformung der roten Blutkörperchen Pathologie: Sauerstoff-Unterversorgung der Gewebe und Organe Überprodunktion der roten Blutkörperchen (Knochenmark) Fragile Knochen Herzüberbelastung Fibrotische Milz Verstopfung von Kapillaren 9

10 Sichelzellenanämie Epidemiologie: 1 von 500 Menschen afrikanischer Abstammung; auch: Asien, Mittelmeerraum Ätiologie: Genetische Ursache: Single point mutation (SNP) im 6. Codon des β-globin Gens 10

11 Sichelzellenanämie Vererbungsmuster: Nur homozygote Individuen betroffen Heterozygote sind Träger, nicht betroffen und: RESISTENT GEGEN MALARIA!! Therapie: Bluttransfusionen Knochenmarktransplantation Medikamentös (Hydroxyurea) 11

12 Glossar Transcript mature mrna molecule (as opposed to a primary transcript after transcription before processing), one gene may have several transcripts due to alternative splicing Untranslated region (UTR) region that is transcribed but does not contain protein coding sequences 5 - upstream region (5 -flanking, cis-regulatory or promoter region) adjacent to 5' end of the gene, contains protein binding sites responsible for the expression of the gene 12

13 Glossar Protein domain describes a part of a molecule or structure that shares common physicochemical features, eg. hydrophobic, polar, globular, α -helical domains, or properties eg. DNA-binding domain, ATPbinding domain Protein families group of evolutionarily related proteins Chromosomal band chromosomes stained with certain dyes show a pattern of transverse bands of light and heavy staining that is characteristic for the individual chromosome 13

14 Glossar Single nucleotide polymorphism (SNP) single point mutation in the genome, if occuring in a coding region and effecting the protein sequence these mutations are called non-synonymous Genomic marker sequence that uniquely defines a genomic location, used for genetic studies, cloning... GeneOntology a general, species-independent vocabulary to sort genes (or more precisely: their products) to a hierarchical structure with three basic nodes: molecular function, biological process and cellular component 14

15 Glossar RefSeq a curated non-redundant sequence database of genomes, transcripts and proteins BLASTz multiple sequence alignment program for the whole-genome (e.g.) human-mouse alignments UCSC browser a web-based tool that allows researchers to view all 23 chromosomes of the human genome at any scale from a full chromosome down to an individual nucleotide Contig a set of sequencer outputs that are related to one another by overlap of their sequences and can therefore be aligned to one larger stretch 15

16 Glossar Homologues relationship of two characters that have descended, usually with divergence, from a common ancestral character. Characters can be any genetic, structural or behavioral feature of an organism Orthologues where the common ancestor of the two genes lies in the most recent common ancestor Paralogues condition where sequence divergence follows gene duplication Synteny condition of two or more genes being on the same chromosome whether or not there is demonstrable linkage between them 16

17 Übung II Einführung, Teil 1 Ensembl 17

18 Untersuchung des ganzen Genoms Vorteile Erforschung von chromosomalen Regionen Besonderheiten up- & downstream eines Gens Genomweite Suchabfragen Darstellung der genomischen Organisation Vergleich mit anderen Genomen NCBI Ensembl 18

19 Ensembl Projekt Genome Browser (Bereitstellung von Vielzeller-Genomen) Projektpartner EMBL European Bioinformatics Institute (EBI) Wellcome Trust Sanger Institute > 300 Entwickler beschäftigt Annotiert und verlinkt Genomdaten Software, Daten und Resultate frei verfügbar 19

20 Ensembl Ensembl Core database normalisiert, jeder Eintrag nur 1 mal gespeichert schnelle Updates, geringer Speicheraufwand Mart database De-normalisiert, Tabellen enthalten redundante Einträge schnellere Abfragen Biomart (früher Ensmart) Abfrage Tool Erstellung personalisierter Abfragen Weitere Zugriffsmöglichkeiten Direkter Datenbankzugriff (ensemnldb.ensembl.org) MySQL client, Perl oder Java 20

21 Spezien in Ensembl v57 Stand Mai Spezien Kaninchen Ente Weitere Organismen EnsemblMetazoa EnsemblPlants EnsemblFungi EnsemblProtist EnsemblBacteria 21

22 Übung II Einführung, Teil 2 Vergleichende Genomik 22

23 Vergleichende Genomik Orthologe/paraloge Gene HomoloGene (NCBI) Inparanoid (CGB, Karolinska Institutet) Reziproke beste BLAST Ergebnisse Protein Familien Konservierte Gene Chromosomen Synteny und Konservierung der Genabfolge Potentiell regulierende Regionen Organismusspezifische Unterschiede 23

24 Genome Alignments blastz Multiple organisms 24

25 Genome Alignments VISTA Broswer 25

26 Genome Alignments - MEME 26