זרימת עבודה מבוססת אינטרנט לבחירת משפרים ספציפיים לגנים ולרקמות

אנו מעוניינים לפענח את הגנום הלא מקודד כדי להבין כיצד גנים מווסתים, כדי להתבטא בזמן הנכון ובמקום הנכון. אנו מפתחים פרוטוקולים ידידותיים למשתמש באמצעות כלי גנומיקה מבוססי אינטרנט כדי להנגיש גילוי משופר לכל הביולוגים. זמינות רחבה של נתונים רב-מודאליים שיכולים לעזור לצמצם את מיקום המשפרים ואת הגישה הקלה לנתונים אלה באמצעות ממשקי אינטרנט בקוד פתוח.

זה מאפשר זיהוי מקיף של משפרים מבלי לדרוש מומחיות בתכנות מחוקרים. פרוטוקול זה מספק בסיס לכל מי שאין לו רקע בביולוגיה משפרת להתחיל לנווט במערכי נתונים זמינים לציבור כדי לאחזר משפרים עבור הגנים המעניינים. אנו משתמשים ב-TBX5, שחקן ידוע בביולוגיה של הלב, כמקרה מבחן.

זרימת העבודה שלנו זיהתה 21 משפרים, שעשויים לשפוך אור על מנגנוני התפתחות הלב ומחלות לב מולדות. נרחיב את הפרוטוקול שלנו עם מקורות נתונים חדשים, כולל גנומיקה מרחבית, תוך פיתוח כלים נוספים ידידותיים למשתמש עבור ביולוגים. כדי להתחיל, פתח את דפדפן הגנום של אנסמבל.

בחר את מכלול הגנום התואם את המין והגרסה המעניינת. הזן את הגן המעניין בשדה החיפוש ולחץ על Go.מהתוצאות, לחץ על מזהה הגן המתאים של אנסמבל.לאחר מכן גלול לקטע סיכום ולחץ על הקישור אזור בפירוט כדי לדמיין את האזור הסובב את הגן המעניין. כעת, חפשו את שני הגנים המאגפים את הגן המעניין באמצעות מסלול Gene Legend.

גנים אלה מופיעים כאלמנטים חזותיים המייצגים הערות אנסמבל והוואנה ממוזגות בתוך הערות הגנים הבסיסיות ממסלול GENCODE. קבע את כיווניות הגן המעניין על ידי התבוננות בסימנים הגדולים או הקטנים לצד שמות הגנים. לחץ וגרור את הסמן על פני האזור הבין-גני בין גנים אלה, ולאחר מכן לחץ על קפוץ לאזור" בתיבה הקופצת כדי להציג את האזור הנבחר.

התאם אישית את התצוגה על ידי לחיצה על "הוסף" או הסר רצועות" בחלק העליון של מציג הרצועות. השתמש בפקדי הזום והניווט כדי להתאים את התצוגה לתצוגה חזותית משופרת של האזור. במציג הכרטיסייה אזור בפירוט, לחץ על הגדר דף זה" בסרגל הצד.

בסרגל הצד של הגדרת תמונת אזור, תחת רגולציה, בחר פעילות לפי תא או רקמה. השתמש בסרגל חיפוש התאים או הרקמות כדי למצוא ולבחור את הרקמות הרצויות, או השתמש באינדקס האלפביתי מתחת לסרגל. לחץ על הכרטיסייה "ניסויים" הסמוכה לאפשרות תא או רקמה.

בחרו ב-H3K4me1 וב-H3K27ac כסמן עבור משפרים וב-H3K4me3 כסמן למקדמים ולחצו על Configure Track Display. לאחר מכן, בחר הצג מסלולים"כדי לדמיין אזורים המסומנים על ידי H3K4me1 בתוך אזור זיהוי המשפר ואזורים המסומנים על ידי H3K4me3 במעלה הזרם של הגן המבוקש. לחץ על האלמנטים החזותיים או התיבה הצבעוניים במסלול H3K4me1 כדי לאחזר את הקואורדינטות הגנומיות של אזורים המסומנים באזור הזיהוי המוגדר.

זה פותח את החלון הקופץ Hists and Pols, המציג את המיקום הגנומי של היסוד בזוגות בסיסים. לחלופין, הגדר ידנית את אזורי העניין עבור כל תכונה גנומית על ידי לחיצה וגרירה על המסלול כדי לסגור את פסגות הגרף תחת מסלולי H3K4me1 או H3K27ac. לאחר מכן העתק את קואורדינטות המיקום הגנומי לקובץ טקסט ושמור את הקובץ בפורמט BED.

גש לפורטל הנתונים של 4DN. בדף הבית, ודא ש-Experiment Sets"נבחר כציר ה-Y של הסרגל המוערם הראשי, סוג הניסוי"נבחר כציר ה-X, והעלילה מקובצת לפי אורגניזם. אתר את סרגל ה-Hi-C באתרו לאורך ציר ה-X ולחץ על החלק המייצג ערכות ניסויים בבני אדם.

בחלון הקופץ, לחץ על כפתור "עיון" ובחר מיובלסטים של שריר הלב" והגן המעניין שלנו, TBX5, הקשור לאורגנוגנזה של הלב. לחץ על הקישור בעמודה "כותרת" של הדגימה הביולוגית הרלוונטית המתאימה לרקמה המעניינת. לאחר מכן, בכרטיסייה קבצים מעובדים", לחץ על חקר נתונים" כדי לבחון את מערך הנתונים Hi-C ביתר פירוט.

הזן את הקואורדינטות של המקדם המזוהה ברקמה המעניינת ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על מפת החום כדי לסמן את האזור אופקית. קווים אלה מאפשרים מעקב חזותי אחר אזור המקדם על פני מפת החום. במידת הצורך, התאם את התצוגה על-ידי גרירתה אנכית עד שהגבולות העליונים והתחתונים בקואורדינטות Y של סרגל החיפוש יתיישרו עם גבולות אזור העניין.

כדי להסיר קווים לא רצויים, לחץ/י באמצעות לחצן העכבר הימני על הקו ובחר/י ״אופקי״ או ״כלל אנכי״ ולאחר מכן לחץ/י על ״סגור סידרה״. הזן את הקואורדינטות של כל משפרי הבקרה המאומתים בניסוי כדי לחשב את סף האינטראקציה על סמך ערכי האינטראקציה המינימליים שלהם. הצג את שלושת משפרי הבקרה מהספרות לצד אזור המקדם מאנסמבל באמצעות התצוגה המוכנה מראש.

לאחר מכן הגדר את סף משפר המקדם באמצעות משפרי בקרה אלה על ידי בחירת ציון האינטראקציה הנמוך ביותר שאינו אפס כפי שמצוין על ידי מקש הצבע בצד ימין של מטריצת מפת החום. הזן את הקואורדינטות הגנומיות של כל אזורי המשפרים הקשורים ל-H3K4me1 וסמן אנכית על מפת החום של Hi-C. סנן אזורים בעלי אינטראקציה חלשה על ידי השוואת ציוני האינטראקציה של אזורים המסומנים ב-H3K4me3 מול סף האינטראקציה.

בחר את הקואורדינטות הגנומיות המציגות תדרי אינטראקציה מעל סף זה, המופיעים כאותות מרוכזים או כהים יותר על מפת החום, ושמור אותם בפורמט BED. שלושה מתוך ארבעת משפרי הלב שזוהו בדפדפן משפר הלב של VISTA, HS2329, mm1282 ו-mm370, חפפו לאזורים שנחזו על ידי פרוטוקול זיהוי המשפרים מבוסס האינטרנט. משפר 2 חפף הן לאזור שנחזה על ידי פרוטוקול זיהוי המשפר והן למשפר מאומת בניסוי.

משפר 16 הראה חפיפה הן עם אזורי המשפר החזויים והן עם נתוני ניסוי קודמים. Enhancer Nine לא חפף לאף משפר חזוי מהצינור, אך הראה העשרה חלקית של אות H3K4me1.