GENOMIKA TÖBBFÉLE MAKROMOLEKULA VIZSGÁLATA EGYIDŐBEN

Átírás

1 GENOMIKA TÖBBFÉLE MAKROMOLEKULA VIZSGÁLATA EGYIDŐBEN

2 Strukturális genomika Genomkönyvtárak DNS szekvenálás Genom programok Polimorfizmusok RFLP

3 DNS könyvtár készítés humán genom 1. Emésztés RE-kal Emberi duplaszálú (ds) DNS (genomi) DNS fragmensek milliói DNS fragment plazmidba inszertálása Plazmidok baktériumba jutattása Rekombináns DNS molekulák Génkönyvtár

4 Genomkönyvtár készítés 2. 1.: emésztés restrikciós endonukleázzal

5 Genomkönyvtár készítés 2. 2.: ligálás plazmid vektorba

6 Genomkönyvtár készítés : ligálás plazmid vektorba

7 Genomkönyvtár készítés : transzformáció Escherichia coli-ba

8 Génkönyvtárak 4. Genom könyvtár: klóngyűjtemény, amelyben megtalálható egy adott organizmus genomjának minden darabja (genome projekt-ek) Felhasználása: szekvenálás, gének izolálása cdns könyvtár: egy organizmus összes mrns-ének másolatait tartalmazza Felhasználás: génszerkezet megállapítása, cdns-ek izolálása (intron-mentes gének). A transzkriptomot hivatott reprezentálni. EST könyvtár: expressed sequence tag, a transzkriptomot reprezentálja, de a cdns-eknek csak valamelyik végét (5 vagy 3 ) tartalmazza. Felhasználás: egy sejttípus vagy szövettípus transzkriptomjának gyors meghatározása (értsd: Milyen gének fejeződnek ki ebben a sejtben?). Az aktív genom gyors szekvenálására is használták.

9 cdns-könyvtár készítés 5. Hogyan készítünk cdns-t? mrns 5 GGGGG 5 AAAAAAAAA 3 3 cdns 3 CCCCC 3 TTTTTTTTT 5 első szál 1. RNS (mrns) tisztítás: használhatunk teljes, vagy mrns preparátumot 2. Reverz transzkripció: oligo dt primerrel és reverz transzkriptázzal (RNS-függő DNS polimeráz) elkészítjük a cdns első szálát 3. RNáz kezelés 4. Linker szintézis: terminális deoxinukleotidil transzferázzal (DNS polimeráz, amely nem igényel templátot) oligo G linkert szintetizálunk 5. Második szál szintézis: oligo dc primerrel és DNS polimerázzal készül el a cdns második szála.

10 cdns-könyvtár készítés 5. Hogyan készítünk cdns-t? cdns 5 GGGGG 5 AAAAAAAAA 3 3 második 3 CCCCC 3 TTTTTTTTT 5 szál 1. RNS (mrns) tisztítás: használhatunk teljes, vagy mrns preparátumot 2. Reverz transzkripció: oligo dt primerrel és reverz transzkriptázzal (RNS-függő DNS polimeráz) elkészítjük a cdns első szálát 3. RNáz kezelés 4. Linker szintézis: terminális deoxinukleotidil transzferázzal (DNS polimeráz, amely nem igényel templátot) oligo G linkert szintetizálunk 5. Második szál szintézis: oligo dc primerrel és DNS polimerázzal készül el a cdns második szála.

11 DNS szekvenálás A Sanger módszer 6. v Dideoxi-nukleotid-módszer v Stop-nukleotid-módszer v Láncterminációs-módszer AUTOMATIZÁLHATÓ

12 DNS szekvenálás A Sanger módszer 7. (A) A DNS szál szintézis kezdete Primer 5 3 Templát DNS (B) Dideoxinukleotid T T T Bázis T T T T T T 3 5 (D) Az autoradiogram eredménye A T G C DNS szekvencia GAATTGGCGCG GAATTGGCGC GAATTGGCG GAATTGGC GAATTGG GAATTG GAATT GAAT GAA GA G Az A család dda dda (C) Amikor egy ddntp (a példában ddatp) kapcsolódik, a szál szintézise leáll dda dda T T T dda T T T dda T T T

13 Templát: 3 DNS szekvenálás A Sanger módszer 8. CCGGTAGCAACT 5 Primer : 5 GG 3 datp + ddatp dctp dgtp dttp datp dctp + ddctp dgtp dttp datp dctp dgtp + ddgtp dttp datp dctp dgtp dttp + ddttp GGCCA GGCCATCGTTGA GGC GGCC GGCCATC GGCCATCG GGCCATCGTTG GGCCAT GGCCATCGT GGCCATCGTT n A C G T A3 G T T G C T A C C5 A templát DNS-sel komplementer szekvencia

14 9. Automatizált DNS szekvenálás fluoreszcens ddntp-kel (A) dda ddt ddc ddg ddntp-k mindegyik típus más-más színű fluoreszcens festékkel megjelölve Szekvenálási reakció, a termékek frakciói ddt dda dda ddg ddc ddc ddg Detektor Képalkotó rendszer (B) CACCGCATCGAAATTAACTTCCAAAGTTAAGCTTGG

15 Valódi egymolekulás szekvenálás tsms bp-os DNS szálak szekvenálása 100 milliós nagyságrendben, egyidőben Naponta több milliárd bázis megszekvenálása

16 Humán Genom Program 10.

17 A módszerek 11. Hierarchikus módszer vs. Shotgun szekvenálás Kromoszómák (HGP) (Celera) Nagy BAC klónok készítése, végeik megszekvenálása Teljes genom feldarabolás és azonnali szekvenálás BAC klónok darabolása, szubklónozás

18 Ki a megszekvenált genom gazdája? 2001 A humán genom program eredményeként a haploid humán genom nyers szekvenciája 50 férfi és nő etnikailag diverz csoportja (HGP) 8 ismeretlen etnikumú férfi 21 férfi és nő etnikailag diverz csoportja (Celera) 2 férfi, 3 nő, 1-1 ázsai, afrikai, latin.-amerikai 2 kaukázusi Az első teljes emberi genom 2006 Az teljes genom kiegészítése az 1-es kromoszómával 2007 Az első 2 diploid genom: Venter & Watson 2008 Egy han kínai és egy yoruba férfi diploid genomja

19 Genom programok 13.

20 Polimorfizmusok/molekuláris markerek 14. a humán genomban Polimorfizmus SNP Single Nucleotide Polymorphisms Alapszekvencia (bp) 1 STR: mikroszatellit 2-20 (?) VNTR: miniszatellit RFLP - Polimorfizmus: többalakúság (görög) Polimorf DNS lókusz: amelyen két vagy több eltérő allél figyelhető meg egy adott népességben

21 VNTR és STR analízis Amplifikálás PCR - rel A PCR primerek azon DNS szekvenciáknak komplementerei, amelyek közvetlenül a ripít szomszédságában vannak. A PCR termék hossza függ: a ripítben ismétlődő egység hosszától a kópiák számától VNTRek: 3 személy 4 pár homológ kromoszómája A B C

22 VNTR és STR analízis Gélelektroforézis Az egység DNS szakasz hosszának ismeretében és a PCR termék mérete alapján meghatározható a kópiák száma. Adott emberre jellemző mintázatot kapunk. Anya Apa Lányok Fiúk Apasági vizsgálat, személyazonosítás DNS ujjlenyomat Érzékeny technika: egyetlen hajhagyma vagy vércsepp alapján elvégezhető

23 SNP-k 17. Egyetlen nukleotid (A, T, G, vagy C) cseréje/változása a genomban ACGGCTAA Egy variáció SNP, ha a populáción belül valamennyi allélja minimum 1% gyakorisággal előfordul. Az SNP-k 66,6%-ban C--->T cserét jelentenek.

24 SNP-k 17. Egyetlen nukleotid (A, T, G, vagy C) cseréje/változása a genomban ATGGCTAA Egy variáció SNP, ha a populáción belül valamennyi allélja minimum 1% gyakorisággal előfordul. Az SNP-k 66,6%-ban C--->T cserét jelentenek.

25 SNP-k vizsgálata: ASA 18. PCR termékek Primerek Normál allél A polimorf specifikus oligó hosszabb Polimorf allél PCR reakció Közös primer 3 vége fluoreszcensen jelölt Homozigóta normál genotípus Heterozigóta genotípus Homozigóta polimorf genotípus Elektroforézis méret

26 RFLP 19. Restriction Fragment Length Polymorphism restrikciós fragment hosszúság-polimorfizmus Restrikciós emésztést követő PCR Agaróz gél elektroforézis Ha egy báziscsere létrehoz vagy megszüntet egy restrikciós enzim felismerési helyet, akkor a hasítás mintázata megváltozik: a PCR során felsokszorozott DNS szakaszok emésztése során keletkező fragmentumok száma és mérete alapján a genotípus meghatározható.

27 RFLP 20. RFLP markerek öröklődése Szülők Gyerekek Genotípusok

28 Funkcionális genomika 21. Microchip Microarray scanner

29 A Chip (microarray) technológia 22. Strukturális genomika GENOM - szekvencia megállapítása - mutációk felderítése - egy nukleotid eltérések (SNP) - deléció inszerció - metilációs mintázat DNS chip-ek CITOPLAZMA DNS Funkcionális genomika TRANSZKRIPTOM - gén expresszió megváltozása, - splice-variánsok kimutatása - szabályozó RNS-ek (mirns) kimutatása transzkripció SEJTMAG transzláció pre-mrns protein trns Fehérje chip-ek PROTEOM mrns riboszóma - kifejeződés - módosítások - kölcsönhatások

30 A DNS chip 23. DNS-chipen több ezer gén aktivitását nyomon tudjuk követni. Minden pont egy génre jellemző szekvenciát tartalmaz. A biológiai mintából kinyert, fluoreszcensen megjelölt RNS a gén aktivitásával arányos fluoreszcens jelet ad. -Működés alapja: DNS-DNS vagy DNS-RNS hibridizáció -Nagyszámú gén expressziós mintázatának egyidejű meghatározása - Egy chip 6-10,000 gén vizsgálatára alkalmas. -cdns chipek -oligonukleotid chip-ek

31 1. Chip elkészítése: - nyomtatás kontrol 2. Szövetminták begyűjtése beteg RNS tisztítás 4. Reverz transzkripció (fluoreszcens jelölés) 5. Hibridizálás 6. Detektálás

32 1. RNS izolálás. cdns szintézis. Microarray analízis - összefoglalás 25. minta 4. Adatelemzés 2. Jelölt próbák és a microarray hibridizálása 8x4x2 2x4x8 3. Szkennelés

33 ChIP (kromatin immunprecipitáció) Az antitest a specifikus transzkripciós faktorhoz köt 26. Formaldehiddel kezelt sejtek DNS fragmentek kinyerése szonikálással Antitestekkel való tisztítás A kromatin/antitest komplex összegyűjtése DNS tisztítás A fragmenetek és a transzkripciós faktorok között keresztkötések létesülnek Specifikus transzkripciós faktor kötőhelyet tartalmazó DNS szekvencia

34 Real-Time-PCR 27. alapja: fluoreszcencia detektálása a PCR reakció mindenegyes ciklusában A fluoreszcencia intenzitása arányos a PCR termék mennyiségével a reakció végén nincs szükség gél-alapú kiértékelésre analízis: szoftver alapú

35 28.

36 29. mrns expresszió vizsgálata lépések: RNS tisztítás (totál RNS, mrns; sejt, szövet) reverz transzkripció (RNS cdns) Real-Time PCR Fogalmak Real-Time PCR = qpcr (quantitative) RT2-PCR = qrt-pcr RT-PCR = reverz transzkripciót követő PCR

37 30. allél-specifikus Real-Time PCR TaqMan próbával az egyik primer 3 - vége az SNP-re kell, hogy essen a DNS szintézis, azaz a PCR reakció működik, ha a használt primer 3 -vége az SNP-vel komplementer ebben az esetben detektálható a reporter fluoreszcenciája

38 fluoreszcencia 31. kezelt-kezeletlen egészséges-beteg érzékenyebb a DNS chipeknél kevesebb minta egyidejű analízise Relatív kópiaszám meghatározás: Ct tumor egészséges ciklusszám

39 Na-biszulfitos kezelés Met Met CpG CpG Na-Biszulfit CpG UpG 2a. MetilC-Seq PCR Klónozás Szekvenálás 2b. Real-Time-PCR

40 33.

41 33.

42 33.