Bioinformatica Banche dati specializzate

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1 Banche dati specializzate

2 Banche dati specializzate PDB: Banca dati strutture proteiche 3D; SNP Single Nucleotide Polymorphism (integrato in NCBI): Banca dati delle mutazioni; GEO Gene Expression Omnibus (integrato in NCBI): Database di dataset e espressioni geniche provenienti da esperimenti di microarray; Genome (Initegrato in NCBI): Browser genomico; UCSC Genome Browser: Browser genomico (CENNI); ENSEMBL: Browser Genomico (CENNI); GO Gene Ontologies: Vocabolario unificato per la descrizione di tutte le funzioni dei geni e dei prodotti genici in generale; 2

3 Banche dati specializzate BioSystems Pathways (Integrato in NCBI); KEGG Pathway Database; Pathway Commons; TarBase: microrna Database; Mirò: Dati riguardanti mirna e geni corredati anche da informazioni su processi, funzioni e malattie correlate; mirbase: microrna Database; EST(Expressed Sequence Tag ): E una collezione di brevi sequenze di acidi nucleici provenienti da genbank. Esse rappresentano una risorsa per valutare espressioni geniche, trovare potenzioli mutazioni, annotare geni. 3

4 PDB - 4

5 PDB - Protein Data Bank rappresenta il punto di partenza per qualsiasi ricerca di tipo strutturale. 5

6 PDB - 6

7 PDB - Nella ricerca testuale è possibile utilizzare gli operatori booleani AND, OR, NOT affiancando anche l uso di parentesi (come visto nei DB precedenti); E possibile utilizzare i caratteri speciali * e? (non è consentito il carattere * all inizio di una frase); 7

8 PDB - Ricerchiamo tutte le strutture che riguardano BCL2 e sono coinvolte nella morte programmata della cellula: 8

9 PDB - Sommario 9

10 PDB - Statistiche e grafici 10

11 PDB - Possiamo perfezionare la query accedendo alla ricerca avanzata dove possiamo aggiungere termini. 11

12 PDB - Possiamo scegliere tra diversi tipi di query: Possiamo scegliere di non visualizzare strutture molto simili 12

13 PDB - Prima Entry: ID; Nome della struttura; Autori (cliccando su un autore verranno visualizzate tutte le strutture ad esso relative); Data di rilascio; Classificazione della struttura; Tipo di esperimento usato; Composto (con link ai dettagli); 13

14 PDB - E possibile scaricare l entry in formato PDB; Visualizzare l entry sul browser; Visualizzare graficamente la struttura usando JMOL; 14

15 PDB - Cliccando sulla entry viene visualizzata la pagina con le caratteristiche della struttura; 15

16 PDB - Menu: Sommario; Sequenza; Similarità di sequenza e 3D; Letteratura; Etc.. 16

17 PDB - Visualizzazione 3D. Scegliamo prima cosa visualizzare: Biological Assembly: Parte della struttura che si è provato (o si crede) sia quella funzionale; 17

18 PDB - Lanciamo JMOL: E un applet JAVA 18

19 PDB - Stile di visualizzazione; Tipo di colorazione; Rappresentazione della superfice; 19

20 PDB - File PDB ( Atomi della struttura: 20

21 PDB - ESERCIZIO I: Cercate la struttura tridimensionale con codice PDB: 1BJ4, 1bww, 1dlw, 1sw0; Quale è il nome della proteina corrispondente? Visualizzare il file PDB corrispondente. Visualizzate le strutture in 3D. 21

22 PDB - ESERCIZIO II: Visualizzare la struttura 3D della sequenza proteica avente ID Entrez AAG03916; 22

23 OMIM

24 OMIM - OMIM, Online Mendelian Inheritance in Man, è una banca dati che contiene informazioni sui geni umani e sulle malattie genetiche. Esso contiene la descrizione di geni e delle malattie ad essi associate, i quadri clinici e i riferimenti bibliografici, oltre a link a sequenze e ad altre risorse web. Nella banca dati sono riportate solo malattie che sono state associate ad uno o più geni. 24

25 OMIM - E possibile ricercare info in OMIM utilizzando l interfaccia di Entrez oppure direttamente all indirizzo indicato. Restano valide tutte le opzioni di ricerca viste per Entrez. Compresi i Limits e la history. 25

26 OMIM - Quale gene umano è correlato all ipertensione (hypertension)? Quali di questi geni si trovano nel cromosoma 17? Usiamo i Limits specificando il cromosoma

27 OMIM - Quale gene umano è correlato all ipertensione (hypertension)? Quali di questi geni si trovano nel cromosoma 17? Risultati: Localizzazione del gene. 27

28 OMIM - Quale gene umano è correlato all ipertensione (hypertension)? Quali di questi geni si trovano nel cromosoma 17? Selezionando la prima Entry otteniamo una serie di informazioni con relative pubblicazioni.. 28

29 OMIM - Quale gene umano è correlato all ipertensione (hypertension)? Quali di questi geni si trovano nel cromosoma 17? 29

30 OMIM - Link al genoma Link alla entry del gene in OMIM Link alla entry del fenotipo in OMIM 30

31 OMIM - Una importante opzione è data dai link esterni in alto a destra che ci permette di ottenere informazioni correlate in altri database di NCBI. I link estern cambiano a seconda del tipo di entry (ad es. per un gene ci sarà il link alla relativa proteina. 31

32 OMIM - Esempi di possibili query: (cancer[titl] OR neoplas*[titl] OR tumor[titl]) AND autosomal dominant[clin] AND 11[chrom] 32

33 OMIM - ESERCIZIO I: Descrivere due modi di ricavare le entry di OMIM riguardanti il cromosoma 12. Ricercare il record riguardante cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) avente ID MIM Ottenere le proteine correlate. Ottenere i geni correlati e verificare le varianti di splicing ed esoni. Ricercare il record relativo a tp53 e ricercare il gene correlato visualizzando le eventuali isoforme. Che ruolo ha la proteina corrispondente nell invecchiamento? Ricercare la patologia fenilchetonuria (PHENYLKETONURIA). Da che cosa è causata? 33

34 SNP

35 SNP - Single nucleotide polymorphisms o SNP, sono variazioni di una sequenza di DNA che si verificano quando un singolo nucleotide (A, T, C o G) nella sequenza del genoma è alterata; Una variazione deve essere presente in almeno l'1% della popolazione, per essere considerato uno SNP; Molti SNPs non hanno effetto sulla funzione delle cellule, mentre altri possono predisporre l uomo alle malattie; La mappatura degli SNP aiuterà a identificare i geni associati a malattie complesse come il cancro, il diabete, malattie vascolari, e alcune forme di malattia mentale; Il database SNP è integrato in NCBI per cui valgono tutti i metodi di ricerca validi per gli altri Database; 35

36 SNP - Campo di ricerca; 36

37 SNP

38 SNP

39 SNP

40 SNP - Esempi 1[CHR] AND (nonsense[function Class] OR missense[function Class] OR frameshift[function Class]) Descrizione SNP localizzati nel cromosoma 1 di tipo nonsense o missense o frameshift 1[CHR] OR 2[CHR] SNP localizzati nel cromosoma 1 o 2 1[CHR] OR 2[CHR] NOT unknown[method] SNP localizzati nel cromosoma 1 o 2 individuati da tutti i metodi ad eccezione di unknown Nonsense: Una mutazione che determina la formazione di un codone di STOP; Frameshift: Una mutazione che causa un cambiamento del frame di lettura; Missense: Una mutazione in un codone che altera l aminoacido che codificava; Method: Metodo utilizzato per ricercare l SNP (computed, hibridize, dhplc, etc.) 40

41 SNP - Sono presenti anche altri tag simili a quelli già visti: [Publication Date]; [Organism];... [SNP_CLASS] L ultimo tag specifica la classe del SNP: Heterozygous (La mutazione riguarda una sequenza sconosciuta ma si è osservato essere eterozigote); Multinucleotide (SNP multipli); indel (Mutazione dovuta a un Inserimento o una cancellazione); named locus (Sequenze dove la mutazione è indicata con il nome); Microsatellite (semplici ripetizioni di sequenza); no variation (senza variazioni): Snp (presenza di un SNP); Esempio: "snp"[snp_class] 41

42 SNP - Risultati della ricerca di TP53 in Homo Sapiens; 42

43 SNP

44 SNP - Ricerchiamo eventuali mutazioni nel gene nitric oxide synthase 2 (HUGO: NOS2) in Homo Sapiens; Ricerchiamo innanzi tutto il gene nel DB Gene; Da menu laterale a destra, sotto la voce LINK scegliere SNP Gene View. 44

45 SNP - Otteniamo la lista di SNP riguardanti il gene: 45

46 SNP - ESERCIZIO I Ricercare il gene TP53 di Homo Sapiens e seguendo il LINK a SNP Gene View verificare che tipi di SNP contiene. Ci sono mutazioni sinonime? Se si indicare per una mutazione quale nucleotide è cambiato? In cosa è cambiato? Quale è l aminoacido codificato? Quale è la posizione rispetto alla sequenza mrna? 46

47 GEO Gene Expression Omnibus 47

48 GEO Gene Expression Omnibus Gene Expression Omnibus (GEO) è una banca dati internazionale relativa ad esperimenti di varia natura basati sulla tecnologia dei microarrays e preposti allo studio di espressione di geni; Fornisce un meccanismo semplice per ricercare e scaricare studi su profili di espressioni geniche di interesse; Due classi di dati: Dataset usati per i test; Gene Expression Profile; 48

49 GEO Gene Expression Omnibus I dati sono classificati in 3 categorie: 1. platform = Informazioni sulla piattaforma utilizzata (Entry code GPL#####); 2. samples = dati sui campioni biologici utilizzati nell'esperimento (Entry code GSM#####); 3. series = tutti i dati relativi ad una serie di esperimenti condotti con una singola piattaforma sperimentale (Entry code GSE#####); 49

50 GEO Gene Expression Omnibus Esempio di record Platform La pagina contiene inizialmente informazioni relative all esperimento, la piattaforma utilizzata etc. etc. 50

51 GEO Gene Expression Omnibus Esempio di record Platform In fondo alla pagina è presente una tabella che descrive il microarray e i geni coinvolti nell esperimento. E possibile scaricare la tabella in vari formati. 51

52 GEO Gene Expression Omnibus Esempio di record Sample La pagina contiene Informazioni relativamente ai campioni utilizzati nello studio (ad malati/sani). 52

53 GEO Gene Expression Omnibus Esempio di record Sample In fondo alla pagina è presente la tabella con il risultato del processo di ibridizzazione su un determinato campione. Infine sono presenti i dati grezzi (che possono essere scaricati) da cui sono stati ricavati i risultati. 53

54 GEO Gene Expression Omnibus Esempio di record Series Contiene informazioni su un gruppo di campioni correlati e fornisce un punto di riferimento con la descrizione dell'intero studio; Può contenere anche delle tabelle che descrivono i dati estratti, conclusioni, sintesi e analisi 54

55 GEO Gene Expression Omnibus Interrogare GEO 1. Per dataset; 2. Per profilo di espressione genica; 3. Per ID; 4. E possibile ricercare datasets o singole entries; 5. Infine è possibile sottomettere i propri esperimenti; 55

56 GEO Gene Expression Omnibus Interrogare GEO Datasets Esempi di Query Smoking cancer (smok* OR diet) AND (mammals[organism] NOT human[organism]) "roadmap epigenomics"[project] "expression profiling by high throughput sequencing"[dataset Type] 100:500[Number of Samples] "age"[subset Variable Type] 2007/01:2007/06[Publication Date] Descrizione Ricerca di informazioni su un argomento Operatori booleani e tag Studi su un determinato progetto Tipi di dataset Dimensioni dei dataset Dataset che contengono age come variabile Data di pubblicazione dello studio 56

57 GEO Gene Expression Omnibus Interrogare GEO Profiles Esempi di Query CYP1A1[Gene Symbol] (CYP1A1[Gene Symbol] OR ME1[Gene Symbol]) AND (smok* OR diet) NM_ kinase[gene Description] AND GDS182 apoptosis[gene Ontology] AND GDS182 (8[Chromosome] AND 10000: [Base Position]) AND mouse[organism] 2007/01:2007/06[Publication Date] Descrizione Profili riguardanti un gene Profili riguardanti geni in dataset contenenti specifiche keywords Genbank ID Nome parziale di un gene in uno specifico dataset. Termine Gen Ontology nella descrizione di uno specifico dataset Profili riguardanti uno specifico cromosoma, regione, e specie Data di pubblicazione dello studio 57

58 GEO Gene Expression Omnibus Ricerchiamo dataset riguardanti la query smoking cancer 58

59 GEO Gene Expression Omnibus Analisi del microarray con algoritmi di clustering; 59

60 GEO Gene Expression Omnibus Cliccando Invece sul nome dello studio verremo spostati sul Dataset Browser Informazioni sui sample dell esperimento e relativi link; 60

61 GEO Gene Expression Omnibus Cliccando Invece sul nome dello studio verremo spostati sul Dataset Browser Profili di espressione genica relativi al dataset. 61

62 GEO Gene Expression Omnibus Cliccando su un profilo di espressione genica vengono forniti i risultati dell esperimento sui sample (Relativamente a quel gene). Profilo di espressione genica di ADH6 sui campioni; 62

63 GEO Gene Expression Omnibus ESERCIZIO I Ricercare dataset riguardanti l effetto della vitamina C sulla pelle dell uomo (Vitamin C, Skin). Quanti campioni sono presenti? In quali classi sono suddivisi i campioni? Visualizzare il profilo di espressione genica di ID Cosa si può dedurre dal profilo? Quale classe di campioni ha le espressioni geniche più elevate? 63

64 Genome NCBI 64

65 Genome NCBI Contiene i dati di sequenza del genoma e la mappa del genoma di oltre 1000 specie; Sia genomi completamente sequenziati che quelli in-progress. Tutti e tre i settori (Batteri, Archea, e Eukaryota) sono rappresentati, così come molti virus, fagi, viroidi, plasmidi, e organelli; 65

66 Genome NCBI Genomi in base al refseq status; Genomi Completi o Assembly; Genomi in base alla tassonomia; 66

67 Genome NCBI RICERCA AVANZATA (Con eventuale uso della History); 67

68 Genome NCBI RICERCA AVANZATA (Con eventuale uso della History); 68

69 Genome NCBI RICERCA DI PROGETTI RELATIVI ALL UOMO 69

70 Genome NCBI Mappa relativa al cromosoma 9 La mappa è interattiva: Si può zoommare, cliccare sulle sequenze; Rappresentazione schematica del cromosoma con le varie posizioni; 70

71 Genome NCBI Mappa relativa la cromosoma 9 Geni presenti e orientamento (down = strand positivo, up= strand negativo): 71

72 Genome NCBI Link a risorse: OMIM; HGNC; Sv = Sequence viewer; Pr = Proteina; Dl = Download sequenza; Ev = Evidence viewer (visualizza evidenze biologiche che supportano un particolare modello di gene); Hm = HomoloGene; Sts = UniSTS (sequence tagged sites); SNP; 72

73 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 73

74 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 74

75 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 75

76 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 76

77 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 77

78 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 78

79 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 79

80 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 80

81 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 81

82 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 82

83 Genome NCBI NAVIGARE TRA GLI ASSEMBLY 83

84 Genome NCBI ESERCIZIO I Utilizzando il DB Assembly, quanti progetti di sequenziamento relativi a Homo Sapiens sono presenti? Quale consorzio/centro guida il progetto più recente? Utilizzando il DB Genome, determinare se il gene Acta2 del topo (mus musculus) si trova nel cromosoma 19. In quale strand si trova? Quante varianti di splicing si conoscono? 84

85 Genome NCBI ESERCIZIO III Selezionare il genoma completo relativo al topo (mus musculus). In quale cromosoma si trova il gene TCF3? Quanti geni ortologhi ci sono? In quali Specie? Quante STS ci sono? Utilizzare sequence viewer per visualizzare tutte le sequenze vicine al gene in questione. Quante varianti di splicing sono conosciute per tale gene? 85

86 UCSC Genome Browser cgi-bin/hggateway 86

87 UCSC Genome Browser cgi-bin/hggateway UCSC Genome Browser è un altro sito contenente informazioni su svariati genomi; Posizione nel genoma Organismo - Specie 87 Specifico sequenziamento per un determinato genoma Possiamo ricercare anche per nome di un gene

88 UCSC Genome Browser cgi-bin/hggateway Se possediamo una sequenza genomica, di mrna, o una proteina e non conosciamo la sua posizione nel genoma UCSC mette a disposizione il tool BLAT (simile a BLAST) che ricerca la posizione utilizzando un allineamento. 88

89 UCSC Genome Browser cgi-bin/hggateway 89

90 ENSEMBL 90

91 ENSEMBL Possiamo usare l opzione BROWSE scegliendo il genoma di interesse. 91

92 ENSEMBL Possiamo interrogare il DB: Esempio chr7 chr3: AF homeobox caudal Evans,J.E. Descrizione Visualizza tutto del cromosoma 7 Visualizza il primo milione di basi del cromosoma 3 Visualizza la regione contenente la sequenza con Accession GenBank Visualizza sequenze relative a geni homeobox caudal Visualizza sequenze depositate dal determinato autore 92

93 ENSEMBL STEP 1 Ricerchiamo ad esempio per Homo Sapiens il gene RHO STEP 1I Selezioniamo GENE e poi clicchiamo sul link 93

94 ENSEMBL STEP 1II Il primo link si riferisce al gene cercato (ID ENSG ) 94

95 ENSEMBL STEP 1V Sequenze vicine (in questo caso si tratta di IFT122) La barra azzurra rappresenta il genoma I gene RHO (cliccare per avere informazioni aggiuntive). In questo caso c e solo una variante di splicing. In caso di più varianti si possono visualizzare le info aggiuntive 95

96 ENSEMBL Opzioni 96

97 ENSEMBL Opzioni Sequence: Sequenza in formato fasta che mette in evidenza esoni ed introni; 97

98 ENSEMBL Opzioni Genomic Alignment: Permette di allineare il genoma con altri (esempio in basso con esoni in rosso); 98

99 ENSEMBL Opzioni Gene Tree: Visualizza il gene in un contesto filogenetico. Usato per determinare ortologhi e paraloghi 99

100 ENSEMBL Opzioni 100

101 ENSEMBL Opzioni SNP in formato tabellare o immagine trascritto Variazioni aminoacidi 101

102 ENSEMBL Opzioni Cliccando sull immagine in corrispondenza di uno SNP otteniamo le informazioni sulla sequenza 102

103 ENSEMBL 103

104 ENSEMBL 104

105 ENSEMBL 105

106 ENSEMBL 106

107 ENSEMBL Opzioni Infine cliccando su location otteniamo informazioni grafiche sulla sequenza e sulle sequenze vicine 107

108 ENSEMBL Per Approfondimenti: 108

109 ENSEMBL ESERCIZIO I Ricercare il gene TP53 nell uomo. Quante sequenze vengono trovate? Selezionare la sequenza corretta. Quali sono i geni nelle vicinanze della sequenza in questione? Ci sono geni ortologhi? Elencare qualche specie. Ci sono SNP? Tra questi c e qualche mutazione che ha fatto perdere un codone di stop? 109

110 GO Gene Ontology DB 110

111 GO Gene Ontology DB Il numero crescente di sequenze geniche note e di informazioni disponibili su di esse spesso causa dei problemi come per esempio l assegnazione di nomi multipli allo stesso gene oppure l assegnazione di funzioni differenti alla stessa proteina. Queste funzioni possono essere tutte corrette (spesso una proteina svolge più di una funzione) ma esse devono essere definite utilizzando una terminologia corretta e rigorosa al fine di evitare descrizioni troppo soggettive. Lo scopo del progetto Gene Ontology (GO) è quello di creare un vocabolario unificato per la descrizione di tutte le funzioni dei geni e dei prodotti genici in generale, in maniera stabile per ogni organismo. In particolare: Supportare e definire il vocabolario Fornire un accesso libero Fornire le annotazioni Sviluppare tools per l utilizzo del vocabolario 111

112 GO Gene Ontology DB I biologi tendono ad usare nomi diversi per lo stesso concetto: es. traduzione vs sintesi proteica Ciò crea notevoli problemi per qualunque approccio computazionale Una ontologia è definita da: un vocabolario di termini e nomi per i concetti un set di relazioni logiche tra di essi le definizioni precise e univoche dei vari termini 112

113 GO Gene Ontology DB Il progetto GO ha definito tre diversi tipi di vocabolari di termini biologici unificati (ontologie): processo biologico: un meccanismo controllato da più prodotti genici con diverse funzioni molecolari e che porta ad un particolare risultato. Un processo biologico viene portato a termine e completato attraverso un insieme ordinato di funzioni molecolari e spesso coinvolge una trasformazione chimica o fisica; funzione molecolare: l attività biochimica di un prodotto genico. Spesso questa definizione si riferisce alla capacità di un prodotto genico (o di un complesso proteico) di esprimersi in un determinato contesto metabolico; componente cellulare: zona specifica della cellula dove un prodotto genico è attivo; 113

114 GO Gene Ontology DB 114

115 GO Gene Ontology DB I tre vocabolari sono basati su tre liste separate di GO terms; I termini in una ontologia sono collegati tra di loro da due tipi di relazioni: is_a e part_of; I geni (o prodotti) sono annotati con dei GO terms; I termini di una ontologia sono organizzati in DAG (Direct Acyclic ;( Graphs 115

116 GO Gene Ontology DB Il tool messo a disposizione per accedere al DB si chiama AmiGO E possibile: Ricercare geni o prodotti di geni; Eseguire BLAST; Ricercare e navigare attraverso i GO terms; 116

117 GO Gene Ontology DB Esempi di GO Terms: DNA Repair; Protein kinase activity; Mitochondrion; Filtrare: Processo; Funzione; Componente cellulare; Geni o prodotti di geni coinvolti 117

118 GO Gene Ontology DB Cliccando su un GO Term viene presentato come una struttura ad albero che mette in evidenza la relazione tra i vari GO Terms. 118

119 GO Gene Ontology DB Cliccando sul link relativo vengono visualizzati i Geni e prodotti di geni associati al GO Term Filtri: Tipo di prodotto, DB, Specie Link al riferimento 119

120 GO Gene Ontology DB La ricerca di geni e proteine permette di trovare informazioni generiche, sequenze, e link ai Database Uniprot, EMBL,PDB, NCBI etc etc. 120

121 GO Gene Ontology DB ESERCIZIO I Ricercare GO Terms che contengono le tre parole positive gluconeogenesis regulation ; Di che tipo di ontologia si tratta? Quanti prodotti di geni sono correlati? Ci sono prodotti di geni relativi a Homo Sapiens? 121

122 KEGG Patways Kyoto Enciclopedia of Genes and Genomes - Pathways 122

123 KEGG Patways Un pathway è una cascata di reazioni (metaboliche o regolatrici) sequenziali (lineari o ramificate) che porta alla manifestazione di un particolare fenotipo cellulare (ad esempio la morte cellulare) o alla modificazione di composti chimici (ad esempio la produzione di energia da una molecola di zucchero); KEGG è l enciclopedia di Kyoto di geni e genomi. Tra i database più consultati c e PATHWAY; KEGG PATHWAY è una collezione di grafici disegnati manualmente rappresentanti patways molecolari per il metabolismo, genetic information processing, processi cellulari, malattie umane, e sviluppo di farmaci. In ogni grafico gli elementi interagenti costituiscono i nodi di un grafo e le relazioni sono descritte dagli archi che congiungono i nodi. Ogni pathway è identificato da un ID a 5 cifre precedute dal codice dell organismo (ad es. HSA per homo sapiens). 123

124 KEGG Patways 124

125 KEGG Patways Ricerchiamo patway relativi all Apoptosi nell uomo; E possibile ricercare anche per pathway ID; 125

126 KEGG Patways Elenco dei pathway: 126

127 KEGG Patways Descrizione; Classe di appartenenza; Mappa; Riferimenti bibliografici; Geni coinvolti; Pathway Correlate; 127

128 KEGG Patways 128

129 KEGG Patways ESERCIZIO I Ricercare il pathway relativo a pancreatic cancer nell uomo. E correlata al pathway dell apoptosis? Quale è il nome del primo gene correlato alla malattia? Tale gene è correlato anche al cancro della tiroide? Ci sono interazioni di fosforilazione tra proteine? 129

130 BioSystems

131 BioSystems - BioSystem è il DB di NCBI che contiene pathways provenienti da diversi DB (come ad es. KEGG). Le modalità di interrogazione sono quelle già viste per gli altri DB di NCBI 131

132 BioSystems - La ricerca del pathway di Apoptosis nell uomo da come risultati patwhay tratti da diversi DB (REACTOME, WikiPathways, KEGG) 132

133 BioSystems - Cliccando sul pathway di KEGG ritroviamo lo stesso pathway ricercato su KEGG. Vengono mostrate informazioni anche relativamente a molecole coinvolte, pathway correlati, citazioni e commenti; 133

134 BioSystems - ESERCIZIO I Effettuare su BioSystem la stessa ricerca impostata nell esercizio su KEGG e provare a rispondere (se possibile) alla stesse domande scegliendo questa volta il pathway che si trova sul DB WikiPathways. 134

135 Pathway Commons 135

136 Pathway Commons Ricerchiamo i pathway che contengono la keyword BCRA1 o il gene BCRA1 ; Possiamo filtrare i risultati ricercando solo in alcuni DB e/o determinati organismi; 136

137 Pathway Commons Risultati della ricerca 137

138 Pathway Commons Cliccando sul primo pathway troviamo informazioni su Reazioni Biochimiche, Sub Pathway e Molecole coinvolte; 138

139 Pathway Commons Una funzione molto utile è quella di caricare automaticamente il pathway su Cytoscape; 139

140 Pathway Commons Ricerca del patway di apoptosis nell uomo (impostando il filtro) 140

141 Pathway Commons Ricerca del patway di apoptosis nell uomo (impostando il filtro) E possibile visualizzare il pathway seguendo il link al DB E possibile scaricare: Il pathway in XML; Gli ID relativi a vari DB dei geni coinvolti 141

142 Pathway Commons Seguendo il link su REACTOME è possibile NAVIGARE il pathway e i relativi componenti ( 142

143 Pathway Commons Sono disponibili delle API Web per poter accedere direttamente al DB dai propri programmi; E possibile scaricare il software cpath per interagire con i pathways

144 Pathway Commons ESERCIZIO I Ricercare i pathway in cui il gene tp53 dell uomo è coinvolto. Quanti pathway trovate? Come si chiama il primo patway trovato? Da quale DB è stata prelevato? Visualizzare il pathway. Caricare il pathway in Cytoscape e applicare un layout Organic. 144

145 TarBase

146 TarBase - TarBase è un Database di mirna e relativi target di diverse specie. Ricerchiamo dati per un determinato organismo, mirna,gene 146

147 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Data_Type: Tipo di repressione esercitata dai mirna specifici sul gene specifico. 1.mRNA cleavage: degradazione del mrna a causa della presenza di mirna 2.mRNA repression: l'mrna è presente, ma non la produzione di proteine ( dovuto alla presenza del mirna). 147

148 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Support_Type: Validità della interazione TRUE: il mirna riduce il livello di proteina; 2.FALSE: l'espressione del gene target non è influenzato dalla presenza di mirna; 3.WEAK: si é osservata solo una repressione debole; 4.pSILAC or MicroArray: Casi che presentano solo una prova indiretta di interazione;

149 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any S_S_S: Single Site Sufficiency (presenza di un singolo sito di interazione) 1. NO,UNKNOWN, YES; 149

150 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any MRE: Numero di interazioni (possibili target) del mirna con il gene; 150

151 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any D_S: Direct Support (si riferisce a procedure sperimentali che forniscono prove dirette per quanto riguarda l'interazione mirna-target) 151

152 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any I_S: Indirect Support (si riferisce a procedure sperimentali che forniscono prove indirette, ad es. In silico prediction ) 152

153 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any Pathology or event: La patologia o evento biologico legato alla interazione del mirna. 153

154 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any Mis_Regulation: Il livello di espressione del mirna necessaria per innescare un evento specifico o patologia. 154

155 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any Protein Type: Funzione biologica del gene target (ad esempio apoptosis, dna repair etc etc). 155

156 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any Differentially_expressed_in: Livello di espressione dei mirna in specifici tessuti. 156

157 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any Paper: mirna correlati ad una specifica pubblicazione. 157

158 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any PPMID: PubMed ID della specifica pubblicazione. 158

159 TarBase - TarBase è un Database di target di mirna di diverse specie. Any PPMID: ENSEMBL ID dei geni presenti nel DB. 159

160 TarBase - Ricerchiamo ad esempio mirna che reprimono BCL2 nell uomo 160

161 TarBase - Otteniamo 4 risultati 161

162 TarBase - ESERCIZIO I Esistono mirna capaci di avere un effetto repressivo su TP53 nell uomo? Esiste qualche mirna capace di avere un effetto repressivo in qualunque gene coinvolto nel tumore al seno nell uomo (breast cancer)? Quali sono i mirna nell uomo coinvolti nell inibizione dell apoptosi? 162

163 mirò mir Ontology DB 163

164 mirò mir Ontology DB mirò è un nuovo sistema sviluppato dal gruppo del prof. Ferro che fornisce agli utenti associazioni di tipo mirna-fenotipo nell uomo; Può essere interrogato via WEB attraverso una interfaccia standard e/o avanzata; Permette di identificare al livello di mirna relazioni tra: Geni; Processi; Funzioni; 164

165 mirò mir Ontology DB 165

166 mirò mir Ontology DB 166

167 mirò mir Ontology DB 167

168 mirò mir Ontology DB 168

169 mirò mir Ontology DB 169

170 mirò mir Ontology DB DATA MINING I mirna sono associati a GO Terms. Possono essere clusterizzati in base ai termini in comune (Cioè mirna associati agli stessi termini possono essere raggruppati); miro` permette di calcolare sottoinsiemi di mirna con alcune caratteristiche in comune (Usando i Maximal Frequent Itemset); Un threshold alto restituisce un piccolo gruppo di mirna associati ad un grandi numero di termini; Un thtreshold piccolo restituisce diversi gruppi di mirna associati a pochi termini; 170

171 mirò mir Ontology DB DATA MINING L interfaccia di mirò permette di scegliere N mirna con un criterio di associazione(processo, malattia) Il sistema è in grado di trovare tutti i sottoinsiemi di mirna e i processi o malattie ai quali essi sono molto correlati (I risutati sono ordinati rispetto ad uno score); Questo potrebbe suggerire che un set di mirna possa agire cooperativamente in una determinata funzione biologica; 171

172 mirò mir Ontology DB 172

173 mirò mir Ontology DB DATA MINING Un caso di studio E stato provato che il cluster mir ha un ruolo fondamentale in: Proliferazione delle cellule; Inibizione dell apoptosis nelle cellule tumorali; Sono tutti coinvolti in certi tumori (lynphoma, melanoma, breast cancer, colonrectal cancer, lung cancer, ovarian cancer, pancreas cancer, prostate cancer, stomach cancer); Hanno tutti un ruolo nel normale sviluppo del cuore, dei polmoni e del sistema immunitario; 173

174 mirò mir Ontology DB DATA MINING Un caso di studio La ricerca avanzata in mirò produce tra gli altri anche i risultati provati sperimentalmente. Lo stesso ricercando per process. 174

175 mirò mir Ontology DB ESERCIZIO I Ricercare i mirna e relativi geni target che sono stati sperimentalmente validati, coinvolti nell ipertensione (hypertension). Quanti mirna trovate? Quali sono i geni target? 175

176 mirò mir Ontology DB ESERCIZIO II Ricercare mirna che sono correlati al gene TP53 e al tumore al seno (breast cancer). I mirna devono essere Validati oppure predetti da TargetScan, oppure predetti da Pictar. Quante associazioni trovate? Relativamente al mirna hsa-mir-498, da chi è stato predetto? Seguendo il link al software di predizione rispondere alle seguenti domande: Quanti target per siti conservati? Quanti per siti non conservati? 176

177 mirò mir Ontology DB ESERCIZIO III Cercare tutti i mirna potenzialmente coinvolti nel cancro del fegato (liver cancer). Tra questi ce ne sono alcuni il cui target coinvolto nel cancro del fegato è stato validato (es. mir-16, let-7b etc.). Controllare l'espressione di questi mirna nel fegato per vedere se sono realmente espressi in questo tessuto (non c'è un link diretto, bisogna tornare alla ricerca semplice, cercare i mirna uno per uno e controllarne l'espressione nei vari tessuti). 177

178 mirò mir Ontology DB ESERCIZIO IV Cercare tutti i mirna che sono coinvolti contemporaneamente nell' "Heart failure" (Disease), "Apoptosis" (Process) ed "RNA Binding" (Function), ma NON in "Congenital Heart Disease". 178

179 mirò mir Ontology DB NOTA: Il db mirò è attualmente in manutenzione e alcune funzionalità potrebbero non funzionare correttamente! 179

180 mirbase

181 mirbase - mirbase è un DB contenente informazioni su mirna predetti da targetscan e Pictar; E possibile ricercare mirna in base alla specie (utilizzando il tasto BROWSE); 181

182 mirbase - Si può cervcare anche per: Nome del mirna. In base alla posizione nel genoma; Per gruppi di mirna; Per tessuto; Per sequenza; 182

183 mirbase - Ricercando un mirna otteniamo le sequenze nelle varie specie (ad es HSA indica Homo Sapiens). Cliccando sul mirna relativo otteniamo informazioni sulla sequenze, sulle referenze etc etc. 183

184 mirbase - Quando si selezionano mirna di una data specie utilizzando il browser, è possibile allinearne le sequenze con ClustalW al fine di ricercarne similitudini o differenze. 184

185 mirbase - Quando si selezionano mirna di una data specie utilizzando il browser, è possibile allinearne le sequenze con ClustalW al fine di ricercarne similitudini o differenze. Allineamento con CLUSTALW 185

186 mirbase - ESERCIZIO I Quali sono i mirna nel virus dell HIV? Quali sono gli articoli correlati in Pubmed? Allineare le sequenze. Ci sono mirna del Cane che interagiscono con il cromosoma X? 186

187 EST

188 EST - Il DB di expressed sequences tags contiene piccole sequenze (generalmente tra 300 e 500 pb) di DNA espresse (e quindi presenti nel citoplasma) che hanno subito il processo di splicing; In pratica si tratta di «pezzi» di geni espressi(come ad esempio ESONI etc. etc.); Possono essere utilizzate come sonde nei microarray; Possono essere utilizzate per identificare nuovi geni andando a ricercare nel DNA appaiamenti con le EST; Se un EST fa match con una sequenza di DNA che codifica per un gene conosciuto con una funzione conosciuta, allora nome del gene e funzione possono essere utilizzati per cercare Il record relativo all EST; Valgono tutti i metodi di ricerca visti per I DB di NCBI; 188

189 EST

190 EST - Un set di EST può essere utilizzato per ricostruire un gene; SVANTAGGI: Incompleti; Inaccurati; Contaminati; Lo splicing alternativo può causare assemblaggi errati; 190

191 EST - Ricerca di EST correlate a tp53 di homo sapiens: 191

192 EST - Ricerca di EST correlate a tp53 di homo sapiens: 192

193 EST - Ricerca di EST correlate a tp53 di homo sapiens: 193

194 EST - Ricerca di EST correlate a tp53 di homo sapiens: 194

195 EST - Le EST risultano molto utili quando vogliamo verificare se un gene predetto (ad es. da GEnScan) è in banca dati; Possiamo usare BLAST sul DB EST; Gli eventuali matches individuati corrispondono agli esoni individuati dal programma di predizione? 195

196 EST - Preleviamo la sequenza genomica di BAX dal DB Gene e facciamo un blast su EST; In rosso piccole sequenze di cdna che si legano con regioni della sequenza genomica di BAX corrispondenti effettivamente agli esoni del gene BAX; 196