Wyszukiwanie danych epigenomicznych w oparciu o wzorce za pomocą GeNemo

Ogólnym celem tego filmu jest zaprezentowanie badaczom z zakresu epigenetyki, w jaki sposób korzystać z programu GeNemo do wyznaczania regionów podobieństwa pomiędzy różnymi znacznikami epigenetycznymi i różnymi typami komórek. Tworząc ten program, chcieliśmy umożliwić naukowcom porównanie danych dotyczących funkcji komórek z obszernymi, publicznie dostępnymi bazami danych, takimi jak Encode i Mousington. Wyszukiwanie informacji odbywa się w sposób typowy dla badań naukowych, za pomocą słów kluczowych.

W przypadku, gdy komórki wykazują trzy primizacje K4 lub inne specyficzne krzywe, GeNemo może przeszukiwać rzeczywiste dane w poszukiwaniu dodatków, a nie tylko podobieństwa w opisach danych, co czyni te analizy użytecznymi. Przypuśćmy, że dysponujesz nowym białkiem wiążącym DNA, o którym masz niewielką lub żadną wiedzę a priori na temat tego, z jakimi modyfikacjami epigenetycznymi lub liczbami komórek powinno ono być powiązane.

GeNemo nadal może pomóc w zawężeniu kręgu potencjalnych celów. GeNemo potrafi odczytywać pliki w różnych formatach, w tym zapisy matematyczne i greckie, oraz wykorzystuje różnorodne metody dopasowywania wzorców. Program rozwiązuje również problem obszarów niepasujących na podstawie ich wyniku podobieństwa i oferuje opcje eksportu danych. Teraz pokażemy, jak przeprowadzić wyszukiwanie w programie GeNemo.

Aby korzystać z GeNemo, będziesz potrzebować własnego pliku z danymi w formacie BED lub bigWig, który można przekonwertować z surowych danych eksperymentalnych za pomocą powszechnie stosowanych narzędzi bioinformatycznych, takich jak przeglądarka genomu UCSC. Najpierw przejdź na stronę GeNemo.org. Na stronie głównej zobaczysz pole wyszukiwania z opcjami specyfikacji.

Wybierz gatunek, z którym chcesz porównać swoje dane. W tym samouczku jako gatunek referencyjny wykorzystamy homosapiens. Następnie wybierz własny plik, aby przesłać go do GeNemo.

Ten plik może znajdować się w sieci lub na dysku lokalnym. Jeśli dane są dostępne online, skopiuj i wklej adres URL w to pole. W przeciwnym razie kliknij poniższy przycisk, aby przesłać lokalny plik danych.

W tym samouczku wykorzystamy przykładowy plik. Czasami wyszukiwanie może trwać długo. Jeśli nie chcesz czekać, możesz podać swój adres e-mail w tym polu.

Po zakończeniu wyszukiwania otrzymają Państwo wiadomość e-mail z linkiem do wyników. Jeśli dostarczają Państwo własne dane w formacie BED, dostępny jest inny adres URL do przesyłania pliku big wig wyłącznie w celach wizualizacji. W tym polu można również określić zakres wyszukiwania.

Aby określić zakres wyszukiwania, należy podać numer chromosomu oraz zakres par zasad. Poniższe dwa wpisy zostaną odczytane w ten sam sposób: Chromosome1:1-1000000 lub poprzez zastąpienie znaków interpunkcyjnych spacjami, co odpowiada formatowi pliku BED.

Chromosom1 1 1000000. Teraz kliknij przycisk wyboru danych, aby wybrać typy ścieżek, których chcesz szukać. Możesz zaznaczyć pola wyboru przy każdej próbce danych, aby przeszukać ją, jednak dostępna jest również funkcja filtrowania.

Funkcja filtrowania jest pomocna przy jednoczesnym zaznaczaniu wielu ścieżek. W tym miejscu można wybrać kategorię filtrowania, a także korzystać z przycisków znajdujących się na dole karty. Przeznaczenie trzech pierwszych przycisków jest dość oczywiste.

Filtr powoduje odznaczenie wszystkich ścieżek, które nie należą do wybranych kategorii. Działa to podobnie do bramki logicznej AND. Z kolei opcja wyklucz powoduje odznaczenie wybranych kategorii.

Działa jak bramka NOT. Po przygotowaniu kliknij przycisk wyszukiwania, aby rozpocząć proces. Jeśli przeszukiwanych jest wiele ścieżek i/lub nie określono mniejszego zakresu wyszukiwania, proces ten może potrwać dłuższy czas.

W polu wyników wyświetlone zostaną poszczególne sekcje genomu, w których plik danych i gatunek wyszukiwany są podobne w jednej lub więcej z określonych sekwencji ścieżek. Można kliknąć przycisk download BED file, aby pobrać plik zawierający listę pasujących regionów. Aby zwizualizować pasującą sekcję, należy kliknąć przycisk show w każdym polu.

W sekcji wyświetlania zobaczą Państwo ścieżkę własnych plików danych oraz odpowiadającą jej jedną lub więcej ścieżek dopasowania. Można przesuwać się w górę lub w dół strumienia, przesuwając górny pasek z oznaczeniami par zasad. Jak widać na tym przykładzie, widoczny tutaj „szczyt” reprezentuje podobieństwo między dwiema ścieżkami.

Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobre wyobrażenie o tym, jak za pomocą GeNemo uzyskać regiony podobieństwa pomiędzy różnymi markerami epigenetycznymi. Wyniki wyszukiwania w GeNemo obejmą poszukiwanie czynników transkrypcyjnych markerów epigenetycznych, metylację DNA, dostępność chromatyny lub inne rodzaje sygnałów w różnych typach tkanek, które w określonych lokalizacjach genomowych wykazują wzorce podobne do analizowanych danych. Dzięki temu będzie można ustalić, czy dane białko wiążące DNA może oddziaływać z niektórymi czynnikami transkrypcyjnymi, elementami regulacyjnymi lub czy ma związek ze strukturą chromatyny i tym podobnymi.

Można ponadto odnotować, jakie typy tkanek wykazują najwyższe podobieństwo do zestawu danych, co może wskazywać na funkcję rozwojową badanego białka. Dzięki tak szerokiemu wyszukiwaniu GeNemo potrafi w stosunkowo krótkim czasie zwrócić wstępne regiony, markery i/lub typy komórek. Na podstawie tych wyników możliwe jest również zawężenie potencjalnych obszarów zainteresowania w celu zaprojektowania przyszłych eksperymentów, takich jak wybór odpowiedniej linii komórkowej dla danego białka, badanie interakcji z konkretnymi czynnikami transkrypcyjnymi lub modyfikacji epigenetycznych za pomocą Co IP, 3C, 4C, 5C lub HiC.

Mamy nadzieję, że ten samouczek był pomocny; nieustannie pracujemy nad udoskonaleniem GeNemo. W związku z tym będziemy wdzięczni za wszelkie uwagi i sugestie.