Полногеномный компьютерный анализ распределения сайтов связывания транскрипционных факторов эукариот по данным иммунопреципитации хроматина и высокопроизводительного секвенирования

• Автор: Орлов, Юрий Львович
• Шифр специальности: 03.01.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 343 с. : ил.

Список сокращений

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. ЗАДАЧИ КОМПЬЮТЕРНОГО АНАЛИЗА ГЕНОМНЫХ ДАННЫХ

1.1.1. Международные проекты геномных исследований

1.1.2. Статистические методы и алгоритмы

1.2 ТРАНСКРИПЦИЯ ГЕНОВ ЭУКАРИОТ

1.2.1. Транскрипция и транскрипционные факторы

1.2.2. Методы измерения экспрессии генов

1.3 РЕГУЛЯТОРНЫЕ УЧАСТКИ ГЕНОВ: ПРОМОТОРЫ И ЭНХАНСЕРЫ

1.3.1. Промоторы и энхансеры

1.3.2. Компьютерные методы распознавания регуляторных районов генов

1.3.3. Предсказание сайтов связывания нуклеосом
1.3.4. Полногеномные методы определения сайтов связывания 48 транскрипционных факторов СЫР-вер и СЫР-РЕТ
1.3.5. Задачи исследования распределения сайтов связывания 56 транскрипционных факторов в геноме по данным СйГР-эер
1.4. ТРАНСКРИПЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ - ОНКОГЕНЫ И ПРОБЛЕМЫ 57 ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ РЕГУЛЯЦИИ
1.4.1. Транскрипционные факторы р53, ЭТАП, ТОХА1
1.4.2. Транскрипционный фактор с-Мус
1.4.3. Транскрипционный фактор рецептор эстрогенов
1.4.4. Возникновение опухолей и регуляция транскрипции
1.4.5. Задачи анализа регуляции транскрипции онкогенов
1.5. ФАКТОРЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛЮРИПОТЕНТНОСТИ В 69 ЭМБРИОНАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТКАХ
1.5.1. Эмбриональные стволовые клетки
1.5.2. Транскрипционные факторы плюрипотентности и репрограммирование
1.5.3. Эффективность репрограммирования и дополнительные факторы
1.5.4. Задачи по определению сайтов связывания факторов в ЭСК
1.6. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОНТАКТЫ ХРОМОСОМ В ЯДРЕ
1.6.1. Проблема исследования контактирующих участков хромосом
1.6.2. Методы определения хромосомных контактов с помощью 81 секвенирования: ЗС и НьС
1.6.3. Метод СЫА-РЕТ
1.6.4. Постановка задач анализа данных СЫА-РЕТ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ОБЗОРУ ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ

ПЛАН И СТРУКТУРА ИССЛЕДОВАНИЯ
Глава 2. МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ САЙТОВ СВЯЗЫВАНИЯ В
ГЕНОМЕ
2.1 Введение. Компьютерные модели и базы данных
2.2 Компьютерная обработка данных ChlP-seq
2.2.1. Компьютерный анализ профиля связывания ChlP-seq в геноме и 100 статистическое определение пиков
2.2.2. Определение статистической значимости найденных пиков профиля 104 связывания ChlP-seq
2.2.3. Фильтрация профиля связывания ChlP-seq по геномной аннотации
2.3. Метод оценки полноты (сатурации) эксперимента ChlP-seq
2.4. Определение генов-мишеней транскрипционных факторов по данным ] 20 экспрессии генов на микрочипах
2.5 Оценка качества сигнала экспрессии на микрочипах Affymetrix
2.6. База данных RatDNA специализированных микрочипов генов крысы
2.7. Модели регуляторных районов транскрипции включающие антисенс 145 транскрипты
2.8. Средства компьютерной интеграции данных
Заключение к Главе 2
Глава 3. КАРТЫ САЙТОВ СВЯЗЫВАНИЯ ПО ДАННЫМ ChlP-seq
3.1. Введение. Структура главы
3.2. Распределение сайтов связывания транскрипционного фактора с-Мус, 156 определенное по методу ChlP-PET
3.3. Исследование распределения сайтов связывания ТФ рецептора эстрогенов 170 ERa с помощью ChlP-seq
3.4. Распределение сайтов связывания транскрипционных факторов 183 плюрипотентности по данным ChlP-seq
3.5 Регуляторные контуры взаимодействий генной сети по данным связывания 188 транскрипционных факторов
3.6 Энхансеры и множественные локусы регуляции транскрипции по данным 191 ChlP-seq
3.7 Компьютерное исследование ко-локализации в геноме и построение 202 тепловых карт кластеров сайтов связывания
3.8. Дальнейшие исследования ССТФ в ЭСК мыши с помощью СЫР-зе9
3.9. Факторы репрограммирования и плюрипотентности
3.10. Сайты связывания в геноме в зависимости от дозового эффекта и 212 взаимодействия ко-факторов на примере ССТФ 8шаё2 в ЭСК мыши
3.11. Геномные карты сайтов связывания ТФ для генома человека
Заключение к Г лаве 3

Глава 4. МОДИФИКАЦИИ ХРОМАТИНА И СВЯЗЫВАНИЕ
ТРАНСКРИПЦИОННЫХ ФАКТОРОВ В ГЕНОМЕ
4.1. Введение к Главе 4
4.2. Исследование нуклеосомной упаковки и расположения сайтов связывания 222 транскрипционных, факторов в геноме дрожжей
4.2. Исследование позиционирования нуклеосом и эффективности трансляции 232 генов у дрожжей
4.2. Исследование ассоциации сайтов связывания ТФ с модификациями 237 хроматина
4.4 Предсказание сайтов связывания в геноме человека с помощью 250 компьютерной модели, учитывающей состояние хроматина
4.5. Общая зависимость доступности ССТФ от состояния хроматина 258 опосредована присутствием нуклеосом на ДНК
4.6. Заключение к Главе. Общая проблема предсказания сайтов связывания на 260 основе данных о модификациях хроматина
Глава 5. ХРОМОСОМНЫЕ КОНТАКТЫ И РЕГУЛЯЦИЯ
ТРАНСКРИПЦИИ В ГЕНОМЕ ЧЕЛОВЕКА
5.1. Введение к Главе 5. Проблема исследования хромосомных контактов
5.1. Принципы построения карт хромосомных взаимодействий и компьютерные 261 модели
5.2. Анализ трехмерной структуры генома через секвенирование. СЫА-РЕТ, 263 Н1-С технологии
5.3 Хромосомные контакты, опосредованные связыванием транскрипционного 265 фактора ЕЛа в геноме человека
5.4. Хромосомные контакты, опосредованные комплексом РНК-полимеразы II в 270 геноме человека
5.5. Заключение к Главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
Список публикаций по теме диссертации

Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ

Затем хроматин дробится ультразвуком на фрагменты (существует термин «соникация» или, дословно «озвучивание» хроматина). Альтернативно, разделение ДНК может выполняться с помощью разрезания ферментами рестрикции. Затем с помощью иммунопреципитации со специфическими антителами выделяются фрагменты ДНК, с которыми физически связаны интересующие исследователя белки. Белковая фракция отмывается, а ДНК (относительно короткие фрагменты, не более нескольких сотен оснований) направляется на секвенирование, выполняемое с помощью соответствующего оборудования массового параллельного секвенирования ДНК (Roche 454, Illumina, SOLiD или других современных секвенаторов). Пропитывание ДНК (секвенирование) выполняется не для всей последовательности экстрагированного фрагмента, а для крайних нуклеотидов - от 20 до 50 и.о. Если выполняется лигирование концов, они могут секвенироваться попарно (так называемые парные концы). На следующем рисунке 1.7 представлена схема определения кластеров фрагментов ДНК на хромосоме для парных фрагментов (парных концов метода ChlP-РЕТ).
Картирование секвенированных последовательностей технически требует до нескольких часов машинного времени на персональном компьютере для достаточно больших по размеру геномов эукариот, таких как геном мыши (порядка 3Гб). Для решения этой задачи применяются компьютерные методы оптимизации, быстрого поиска совпадений, существует набор программ картирования от производителей оборудования для форматов данных Illumina [281], и цветовой кодировки SOLiD [269, 282] (см. также обзор программ на SEQanswers,