Phylogenetic Footprinting

Präsentation zum Thema: "Phylogenetic Footprinting"—  Präsentation transkript:

1 Phylogenetic Footprinting
Genregulation Phylogenetic Footprinting Genomannotation durch komparative Sequenzanalyse Referat von Mandy Fuchs & Christopher Hardt

2 Cross-Species Sequence Comparisons: A Review of Methods and Available resources
Kelly A. Frazer, Laura Elnitski, Deanna M. Church, Inna Dubchak, and Ross C. Hardison Genome Res Jan;13(1):1-12. Review Multi-species sequence comparison: the next frontier in genome annotation Inna Dubchak and Kelly Frazer Genome Biol. 2003;4(12):122. Epub 2003 Nov 27

3 Inhalt Hintergrund Alignments und Suche nach konservierten Sequenzen (2 Programme) Ergebnisse Zusammenfassung

4 Nach der Sequenzierung die Annotation
Immer mehr Genome sequenziert Nächster Schritt: komplette und korrekte Annotation (noch sehr lückenhaft) Suche nach funktionellen Sequenzelementen durch komparative Sequenzanalyse

5 Basis Annahme: Evolution funktioneller Sequenzen langsamer als die der nichtfunktionellen (wegen Selektionsdruck) Betrachte mehrere Spezies mit verschiedenen (geeigneten) phylogenetischen Abständen Ziel: Finde ... kodierende Sequenzen konservierte nichtcodierende Sequenzen mit womöglich regulatorischer Funktion Spezies-exklusive Sequenzen

6 Appetithäppchen Referenzsequenz: Humane CFTR Region
Wo sind die regulatorischen Elemente?

7 Appetithäppchen Ah, da sind sie ja!

8 PipMaker vs. VISTA Beide folgen einem gemeinsamen Schema:
Aber es gibt auch Unterschiede...

9 PipMaker (http://bio.cse.psu.edu)
Verwendet BLASTZ für lokale Alignments Kurze, exakte Matches, die zu Alignments mit Gaps erweitert werden Empirische Scoring-Matrix Affine Gap-Kosten Bis ~2mb Sequenzlänge

10 PipMaker: Ein- und Ausgabe
Beispiel: ~308 kb auf 7q31 (ST7 Locus)

11 VISTA (http://www-gsd.lbl.gov/vista)
Verwendet AVID für globale Alignments Maximal-Match-Finding mit Suffix Trees Ankerauswahl: Menge der nicht überlappenden oder überkreuzenden Matches Alignments der Regionen zwischen den Ankern effizient für lange Sequenzen (bis 4mb), besser als z.B. CLUSTALW

12 VISTA: Ein- und Ausgabe
Beispiel: ~308 kb auf 7q31 (ST7 Locus)

13 Filtern von konservierten Elementen
Heuristische Auswahl der Sequenzen, die in allen paarweisen Alignments bedeutend erscheinen (exkl. bekannte Exons): Mensch-Pavian: 95% ident./100bp Mensch-Kuh: 93% ident./100bp Mensch-Maus: 86% ident./100bp Mensch-Fugu: 55% ident./100bp  Wenige nicht-codierende Sequenzen, die aber wahrscheinlich wegen aktiver Konservierung biologische Funktionen haben

14 Kandidaten für regulatorische Elemente
Mensch-Pavian zu sehr verwandt Mensch-Fisch dagegen zu weit entfernt Mensch-Maus: einpaar konservierte Regionen, die bzgl. ihrer Umgebung deutlich herausstechen

15 Neues Exon oder regulatorisches Element?
Test: Suche nach entsprechenden ESTs Intronische regulatorische Sequenz? Test: Gain-of-function assay

16 Ergebnisse Um konservierte Regionen zu finden erscheinen Multi-Spezies Vergleiche mit Mio. Jahre Divergenzzeit am besten (z.B. Mensch-Maus-Kuh) Entfernt verwandte Spezies (z.B. Mensch-Kugelfisch, 450 Mio. Jahre) lassen kodierende und nicht-kodierende unterscheiden Nah Verwandte (z.B. Mensch-Schimpanse) erlauben die Identifizierung von speziesspezifischen Sequenzen Letztendlich auch: Stamm - Klasse - Ordnung - Familie - Gattung – Art und die Frage: Was ist wo konserviert?  Mehr Informationen über die Mechanismen der Evolution

17 Komparative Genomanalyse
Einige neue funktionelle Sequenzen gefunden; alte bestätigt oder z.T. widersprochen Erscheint vielversprechend, aber Probleme gibt es noch: Verschiedene Evolutionsraten zwischen Spezies, aber auch in einem Genom Ansätze mit variablen Evolutionsraten Zu nah verwandt  auch „unwichtige“ Sequenzen konserviert Zu weit entfernt  haben nur begrenzt gemeinsame Gene  grob: mehr Sequenzen liefern bessere Ergebnisse

18 Zusammenfassung Nutze Korrelation zwischen phylog. Abstand und Konservierung um funktionelle Sequenzen zu finden PipMaker und VISTA Ultimatives Ziel: Komplette Annotation der Genome, inkl. Identifizierung und Klassifizierung funktioneller Elemente

19 Ansonsten danke für die Aufmerksamkeit und ab ins Café
Noch Fragen? Ansonsten danke für die Aufmerksamkeit und ab ins Café