2009-01-21

1

Bioinformatyka –

wykład 12

13.I.2009

przewidywanie struktury białka –

c.d.

biologiczne dane wielowymiarowe

Krzysztof Pawłowski

[e-mail]

2009-01-21

2

plan wykładu

•

postępy metod przewidywania struktur -

zawody CASP

•

przewidywanie funkcji białka

a przewidywanie struktury

•

wyzwania na przyszłość

•

serwery do przewidywania struktur białek

•

mikromacierze –

pomiary ekspresji genów

•

bazy danych ekspresji genów

2009-01-21

3

plan wykładu

•

postępy metod przewidywania struktur -

zawody CASP

•

przewidywanie funkcji białka

a przewidywanie struktury

•

wyzwania na przyszłość

•

serwery do przewidywania struktur białek

•

mikromacierze –

pomiary ekspresji genów

•

bazy danych ekspresji genów

2009-01-21

4

CASP –

Critical Assessment

of Structure

Prediction

Konkurs

w „ślepym”

przewidywaniu

struktury

trójwymiarowej

białek

Rzadki przypadek przewidywań, które nie są

ani

trywialne ani nieinteresujące

Asilomar

(półwysep Monterey)

Silne ekipy polskie

2009-01-21

5

Postęp w przewidywaniach struktur

- jakość

rozpoznania

i zakres dopasowania sekwencji

1994 1996 ... 2004

Dopasowana
część

sekwencji

2009-01-21

6

plan wykładu

•

postępy metod przewidywania struktur -

zawody CASP

•

przewidywanie funkcji białka

a przewidywanie struktury

•

wyzwania na przyszłość

•

serwery do przewidywania struktur białek

•

mikromacierze –

pomiary ekspresji genów

•

bazy danych ekspresji genów

2009-01-21

7

Globular
domains

2009-01-21

8

Thornton

Nat Struct

Biol. 2000; 7 Suppl:991-4.

2009-01-21

9

R

R

ó

ó

ż

ż

ne struktury z podobnymi

ne struktury z podobnymi

miejscami aktywnymi

miejscami aktywnymi

2009-01-21

10

Podobne struktury z r

Podobne struktury z r

ó

ó

ż

ż

nymi

nymi

miejscami aktywnymi

miejscami aktywnymi

2009-01-21

11

plan wykładu

•

postępy metod przewidywania struktur -

zawody CASP

•

przewidywanie funkcji białka

a przewidywanie struktury

•

wyzwania na przyszłość

•

serwery do przewidywania struktur białek

•

mikromacierze –

pomiary ekspresji genów

•

bazy danych ekspresji genów

2009-01-21

12

Wyzwania na przyszłość

•

Białka wielodomenowe –

dokowanie

domen

•

Białka transmembranowe

•

Czy model może byc

„lepszy”

od szablonu?

•

...Gdy genomika

strukturalna rozwiąże

wszystkie struktury...

2009-01-21

13

plan wykładu

•

postępy metod przewidywania struktur -

zawody CASP

•

przewidywanie funkcji białka

a przewidywanie struktury

•

wyzwania na przyszłość

•

serwery do przewidywania struktur białek

•

mikromacierze –

pomiary ekspresji genów

•

bazy danych ekspresji genów

2009-01-21

14

Użyteczne

serwery

•

Swiss-Model

www.expasy.ch

•

FFAS

ffas.ljcrf.edu

•

Metaserwer

www.bioinfo.pl/meta

•

Robetta

robetta.bakerlab.org

2009-01-21

15

•

Wyszukuje szablony (templates) do modelowania
struktur (Blast)

•

Buduje następnie modele struktur

Swiss

Model

Modelowanie porównawcze / comparative

modelling

www.expasy.ch

Mode

lowani

e

porównawcze –

com

parativ

e

m

ode

lling

2009-01-21

16

Metaserwer

„all-in-one”

•

Wyszukuje szablony (templates) do modelowania struktur

•

Stosuje niezależne metody wyszukiwania (sekwencyjne,
np. profile oraz uproszczone metody oparte na analizie
struktur -

threading)

•

Podaje też

przewidywanie konsensuowe

•

Produktem są

dopasowania sekwencji do modelowania

porównawczego

Leszek Rychlewski –

www.bioinfo.pl/meta

3D Jury

Fo

ld

recognition

–

rozpo

znawani

e ksztatów

Janusz Bujnicki–

www.genesilico.pl

2009-01-21

17

FFAS (metoda profilowa)

Adam Godzik
ffas.ljcrf.edu

•

Wyszukuje szablony (templates) do modelowania struktur
metoda profilowa)

•

Oprócz PDB przeszukuje inne bazy danych umożliwiając
wykrycie podobieństwa do znanych rodzin białkowych
nawet gdy struktury nie jest w stanie przewidzieć

•

Produktem są

dopasowania sekwencji do modelowania

porównawczego

Fo

ld

recognition

–

rozpo

znawani

e ksztatów

2009-01-21

18

Rosetta

–

de novo

Ab ini

tio –

de novo.

David Baker

www.bakerlab.org

kolejki...

.

2009-01-21

19

plan wykładu

•

postępy metod przewidywania struktur -

zawody CASP

•

przewidywanie funkcji białka

a przewidywanie struktury

•

wyzwania na przyszłość

•

serwery do przewidywania struktur białek

•

mikromacierze –

pomiary ekspresji genów

•

bazy danych ekspresji genów

2009-01-21

20

Gene expression microarray

•

Simultaneous measurment

of expression

1000s of genes

2009-01-21

21

Gene expression microarray

•

Simultaneous measurment

of expression

1000s of genes

2009-01-21

22

Gene expression microarray

•

Simultaneous measurment

of expression

1000s of genes

2009-01-21

23

Gene expression microarray

•

Simultaneous measurement of expression

of 1000s of genes

Now, I skip the interesting computational

problems:

ƒ

probe design

ƒ

image analysis

ƒ

combining probe intensity readouts

into probeset “signals”

ƒ

normalisation and linearity issues

2009-01-21

24

Analysis of

a gene expression data set

•

Trivial? Just do a t-test 44000 times ?

•

Biology

is

usually

multi-mechanism

/ multi-gene

•

biology-related ”noise”:

–

gender

–

age

–

daily & seasonal intra-individual variation

•

lab-related ”noise”:

–

e.g. reagents

2009-01-21

25

Analysis of

a gene expression data set

PCA analysis of the AZ study.

Non smokers well-separated.

”healthy”

smokers and COPD –

not

Disease effects more subtle than

smoking effects

2009-01-21

26

samples

genes

healthy

disease

Gene expression –

more than just numerical data

there are many different metrics in the gene space

2009-01-21

27

samples

genes

healthy

disease

Demographic data, clinical data (e.g. lung function

measurements, body fluid analyses, …)

Gene expression –

more than just numerical data

each sample: 100s of associated parameters,

2009-01-21

28

mapo

wani

e danych ekspresji

na sieci zale

żno

ści l

iteratu

rowych

2009-01-21

29

plan wykładu

•

postępy metod przewidywania struktur -

zawody CASP

•

przewidywanie funkcji białka

a przewidywanie struktury

•

wyzwania na przyszłość

•

serwery do przewidywania struktur białek

•

mikromacierze –

pomiary ekspresji genów

•

bazy danych ekspresji genów

2009-01-21

30

Public gene expression

data repositoris

GEO:

276 k samples

10,8 k experiments

Homo, mus, rattus

Bos, sus

Arabidopsis, oryza,

Salmonella,
Mycobacterium

et al.

2009-01-21

31

2009-01-21

32

2009-01-21

33

profi

l ekspr

es

ji jednego

genu

2009-01-21

34

symatlas.gnf.org/SymAtlas

tkankowe profi

le ekspres

ji

2009-01-21

35