GeNemo を用いたエピゲノム データのパターン ベースの検索

このビデオの全体的な目的は、エピジェネティクス研究分野の研究者に向けて、プログラムGeNemoを使用して、異なるエピジェネティックマークおよび異なる細胞型間における類似領域を特定する方法を示すことです。このプログラムの開発目的は、研究者が自身の細胞機能データを、EncodeやMousingtonのような膨大な既知の公開データベースと比較できるようにすることでした。キーワードを用いた一般的な研究による情報検索が可能です。

あなたの細胞が3つのK4プライマライゼーションまたはその他の特定の曲線にある場合を考えます。これらの指標は有用ですが、GeNemoはデータの記述における類似性ではなく、実際のデータ内のアドインを検索することも可能です。エピジェネティックな修飾や細胞数などのどのような要因に関連しているかについて、事前知識がほとんどないか全くない、新規のDNA結合タンパク質を扱っていると仮定してください。

GeNemoは、潜在的なターゲットを絞り込むのに依然として有用です。GeNemoは、数式やギリシャ文字を含む多様な形式のファイルを読み込むことができ、異なるパターンマッチング手法を使用します。また、類似度スコアに基づいて不一致領域を解決し、データの書き出しオプションを提供します。それでは、GeNemoでの検索方法について説明します。

GeNemoを使用するには、独自のデータファイル（BEDまたはbigWig形式）が必要です。これらはUCSCゲノムブラウザなどの一般的なバイオインフォマティクスツールを用いて、実験の生データから変換することができます。まず、GeNemo.orgにアクセスしてください。メインページに、詳細設定オプションを備えた検索ボックスが表示されます。

データを比較する種を選択してください。このチュートリアルでは、参照種としてhomosapiensを使用します。次に、GeNemoにアップロードする自身のファイルを選択してください。

このファイルは、オンラインまたはローカルドライブに保存できます。データがオンラインにある場合は、URLをこのボックスにコピーして貼り付けてください。または、下のボタンをクリックしてローカルのデータファイルをアップロードしてください。

このチュートリアルでは、サンプルファイルを使用します。検索の完了に時間がかかる場合があります。待機したくない場合は、このボックスにメールアドレスを入力してください。

検索が完了すると、結果へのリンクを含むメールが届きます。BED形式で独自のデータを提供する場合、表示のみを目的としたbigWigファイルをアップロードするための別のURLがあります。また、このボックスで検索範囲を指定することも可能です。

検索範囲を指定するには、塩基対の範囲に加えて染色体番号を指定する必要があります。以下の2つの入力は同様に読み込まれます：Chromosome1:1-1000000。または、句読点をスペースに置き換えたBEDファイル形式での入力も可能です。

Chromosome1 1 1000000。次に、データ選択ボタンをクリックして、検索するトラックタイプを選択します。各データサンプルの横にあるチェックボックスをクリックして検索対象に指定することもできますが、フィルター機能も利用可能です。

フィルター機能は、多くのトラックを同時に選択する際に便利です。ここでは、フィルターを適用するカテゴリーを選択できるほか、タブの下部にあるボタンを使用できます。最初の3つのボタンの機能は、表記通りで分かりやすいものです。

フィルターを使用すると、選択したカテゴリーに属さないすべてのトラックのチェックが外れます。これは一種のANDゲートのような動作です。一方、除外を使用すると、選択したカテゴリーのチェックが外れます。

NOTゲートのような動作です。準備ができたら、検索ボタンをクリックして検索を開始してください。多くのトラックを検索している場合、または検索範囲を狭めて指定していない場合は、検索に時間がかかることがあります。

結果ボックスには、指定したトラック配列の1つまたはそれ以上の配列において、データファイルと検索種が類似しているゲノムのさまざまな領域が表示されます。[download BED file]をクリックすると、一致した領域のリストを含むファイルをダウンロードできます。各ボックスの[show]ボタンをクリックして、一致したセクションを可視化してください。

ディスプレイセクションには、自身のデータファイルのトラックと、それに対応する1つまたは複数のトラックが表示されます。塩基対ラベルが表示されている上部のバーをスライドさせることで、上流または下流に移動できます。この例でわかるように、ここにある山状の波形は2つのトラック間の類似性を示しています。

このビデオを視聴することで、GeNemoを用いて異なるエピジェネティックマーカー間の類似領域を特定する方法を十分に理解できるはずです。GeNemoの検索結果には、転写因子の結合、DNAメチル化、クロマチンアクセシビリティ、またはその他の種類のシグナルが含まれ、さまざまな組織タイプにおいて、目的のデータと特定のゲノム位置で類似したパターンを持つものが抽出されます。これにより、このDNA結合タンパク質が特定の転写因子や調節エレメントと相互作用している可能性や、クロマチン構造に関与している可能性などを考察することができるようになります。

さらに、どの組織タイプがデータセットと最も高い類似性を持つかを確認することで、目的タンパク質の発生学的機能を推定できる可能性があります。このような広範な検索を行うことで、GeNemoは暫定的な領域、マーカー、または細胞タイプを比較的短時間で提示できます。これらの結果から、目的のタンパク質に適した細胞株の選択、特定の転写因子との相互作用の検証、あるいはCo IP、3C、4C、5C、HiCによるエピジェネティック修飾の解析など、今後の実験に向けた潜在的な関心領域を絞り込むことが可能になります。

本チュートリアルがお役に立てば幸いです。私たちはGeNemoの改善に絶えず取り組んでおります。そのため、どのようなフィードバックもお待ちしております。