PersonalOMICs: seria este o futuro onde nos levará as novas gerações

de sequenciadores de ácidos nucléicos?

Prof. Rinaldo Wellerson Pereira – rinaldo@pos.ucb.br

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

•