PersonalOMICs: seria este o futuro onde nos levará as novas gerações
de sequenciadores de ácidos nucléicos?
Prof. Rinaldo Wellerson Pereira – [email protected]
Orientador PermanentePós Graduação em Ciências Genômicas e Biotecnologia – UCB
CAPEs 5Pós Graduação em Educação Física – UCB
CAPEs 4
Orientador Pontual CredenciadoPós Graduação em Patologia Molecular – UNB
CAPEs 4
Membro do Comitê Gestor do Centro de Genômica de Alto Desempenho do DFProjeto Financiado pela FAP-DF e Gerido pela UCB, UNB, Embrapa (Agroenergia e Cenargen),
Polícia Civil e LACEN-DF
Esta apresentação
• Discutir a variabilidade fenotípica norma e patológica em humanos no contexto das novas gerações de seqüenciadores de DNA
Variação Fenotípica Normal
Variação Fenotípica Normal
Variação Fenotípica Normal
• Wilt Chamberlain, jogador da NBA (basquete americano) e Willie Shoemaker, famoso Jockey
Variabilidade Fenotípica Patológica
Transmissão da Variabilidade
Fenótipos Mendelianos Fenótipos Complexos
Monogênicos Raros
Padrões de Herança
PoligênicosComuns
Herança Multifatorial
FenilcetonúriaAnemia Falciforme
Duchene......
OsteoporoseDiabetes
Neoplasias......
Genoma
mRNA ncRNA
Proteínas
Variação Normal ou PatológicaAmbiente
Variação em seqüência Variação estrutural Variação química na cromatina
Epigenômica
Genômica
Transcritômica
Proteômica
Genômica no entendimento de Fenótipos Complexos Variabilidade em Seqüência
• Seqüenciamento do genoma humano de referência– Primeiro rascunho em 2001
– Versão final em 2004
• Variabilidade em seqüência – A partir de seqüência de um genoma de referência teve-se
a possibilidade de se desenvolver bancos de dados com milhões de variações em seqüência (SNPs)
– dbSNP
– Métodos de genotipagem em larga escala
– HapMap
– GWAS, Genome Wide Association Studies
Genome Wide Association Studies
CASO/CONTROLE
• Milhares de indivíduos
• Milhares de SNPs
• Correção Múltiplos Testes
• SNPs com associação significativa
• Replicação dos resultados em outro grupo
TRANSVERSAIS
• Milhares de indivíduos
• Milhares de SNPs
• Correção Múltiplos testes
• SNPs com associação significativa
• Replicação dos resultados em outro grupo
Banco de dados
Qual o resumo dos GWAS até o momento
• Grande número de variações, explicando pequena proporção do risco ou da variação nos fenótipos estudados– Altura– Osteoporose– Diabetes tipo II
• Modelo CDCV (common disease common variant) para explicar arquitetura alélica de fenótipos complexos pode não ser a regra mas a exceção
• Modelo de heterogeneidade como arquitetura alélica mais provável
• Dados e tecnologias de genotipagem forma a base do “negócio” denominados por alguns de genômica recreacional
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Genoma
Proteínas
Variação Normal ou Patológica
mRNA
Genomas Individuais
Next-Generation Sequencing (NGS) em estudos de associação
• Resequenciamento de regiões consistentemente idenficadas como associadas a determinado fenótipo em GWAS
• Whole Genome Sequencing Association Studies– Personal Genomes
Personal Genomes
http://www.1000genomes.org/
Genomas Individuais
http://jimwatsonsequence.cshl.edu/cgi-perl/gbrowse/jwsequence/
http://huref.jcvi.org/
Genomas Individuais
Bentley et al.
Wang et al.
http://yh.genomics.org.cn/
http://www.illumina.com/HumanGenome/
Genomas Individuais
http://www3.appliedbiosystems.com/AB_Home/applicationstechnologies/SOLiDSystemSequencing/index.htm
O que ganhamos com o sequenciamento de um grande número de genomas humanos?
• Maior compreensão da variabilidade em seqüência
• Maior compreensão da variabilidade estrutural
• Identificação de variações raras
• Identificação de variações causais pelo resequenciamento de locos identificados em estudos de associação
• Identificação de rearranjos estruturais
• Depende da arquitetura alélica do fenótipo em questão
Microvariação estrutural
Micro-variação estrutural
Detecção de CNVs por CGH
Detecção CNVs pela genotipagem de SNPs
Genome Research, 16:1575, 2006
Genome Research, 17:1675, 2007
Dificuldade ou quase impossibilidade de detectar eventos balanceadosInversões e translocações
CNVs e doenças complexas
Next Generation Sequencing amplia possibilidades de melhor caracterização da variação estrutural em
genomas
CNVs somáticas - Mosaicismo
• Mosaicismo não é um fenômeno novo em genética humana (boa revisão em Nature Genetics Reviews, 3:748, 2002), mas novas plataformas de análise genômica tem dado uma nova dimensão ao fenômeno
CNVs somáticas - Mosaicismo
CNVs somáticas - Mosaicismo
Transcritoma - RNAseq
• Splicing Alternativo
• ncRNA
Splicing Alternativo
• 95% de sequências codificantes multiexônicasapresentam splicing altertivo
• Estima-se que em média, cada sequênciascodificantes multiexônicas tenha 7 isoformas
• Há variação interpopulacional e interindividual no repertório de isoformas em diferentes tipos celulares
• No começo do começo do entendimento de como estas variações contribuem para a variabilidade normal e patológica
• NGS tem clara vantagem sobre microarranjosbaseados em transcritos conhecidos
ncRNAs (microRNAS)
• Importante papel na regulação fina da expressão gênica
• Importantes moduladores da expressão gênica via modificações epigenéticas
Perfis de microRNAs no soro
Até o término da preparação desta apresentação não identifiquei nenhum artigo utilizando NGS para estudar perfil de microRNAS no soro
Epigenômica• Modificações na cromatina
Histone Code
Epigenética/Epigenômica
• Um genoma, vários epigenomas
• Via pela qual fatores ambientais atuam em nosso genoma
Epigenômica
• Metilação em DNA– Sequenciamento de DNA tratado com bisulfito
Epigenômica• Mapeando DNA associado à modificações em
histonas (CHIP)
CHIP e NGS
Modificações em Histonas
Projetos e Redes em Epigenoma
• http://www.epigenome.org
• http://nihroadmap.nih.gov/epigenomics
• http://www.heroic-ip.eu/
• http://www.epigenome-noe.net
NGS e Oncogenômica
• Genomas de células neoplásicas– Variação em sequência e estrutural
• Transcritoma de células neoplásicas– Isoformas, fusões gênicas
– ncRNA
• Epigenômica– Hipermetilações
– Modificações em histonas
NGS e Oncogenômica
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PersonalOMICs
Sequência e estrutura do Genoma
em diferentes tecidos
RNAs transcritosem diferentes tecidos
e/ou fluídos em diferentes momentos
Modificações epigenéticasem diferentes tecidos
em diferentes momentos
Conjunto de proteínasEm diferentes tecidos
e/ou fluídosEm diferentes momentos
Correlação com variação fenotípicanormal ou patológica
Antes de Finalizar
• Seleção Mestrado/Doutorado UCB
• http://www.ucb.br/posgraduacao/biotecnologia/inform.processoseletivo2009.htm
• Seleção de Professores• http://www.ucb.br/posgraduacao/biotecnologia/17ºEditaldeSeleçãodeProfessor.pdf
• Apresentação disponível em
•
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