15 sierpnia 2019
Tutaj prezentujemy protokół umożliwiający efektywny dostęp i analizę wielu baz danych organizmów ludzkich i modelowych. Protokół ten demonstruje wykorzystanie MARRVEL do analizy potencjalnych wariantów wywołujących chorobę zidentyfikowanych w wyniku sekwencjonowania nowej generacji.
MARRVEL.org agreguje informacje, które mogą zapewnić przegląd znaczenia ludzkich genów dla chorób, koncentrując się głównie na rzadkich chorobach genetycznych. Gromadzi również informacje biologiczne z baz danych organizmów modelowych. MARRVEL może zaoszczędzić dużo czasu i wysiłku.
Bez tego narzędzia użytkownicy spędziliby godziny na przeszukiwaniu różnych baz danych w celu zebrania informacji, które MARRVEL może uzyskać w ciągu kilku sekund. MARRVEL jest aktywnie stosowany przez lekarzy i naukowców na całym świecie. Ułatwia diagnozę i może być punktem wyjścia do zgłębiania większej ilości informacji do badań terapeutycznych.
Chociaż większość naszych użytkowników ma wykształcenie genetyczne człowieka, mamy coraz większą liczbę użytkowników z wielu dziedzin biomedycznych, w tym badaczy organizmów modelowych. Aby uzyskać informacje na temat ludzkiego genu i wyszukiwania opartego na wariantach, otwórz stronę główną MARRVEL. Wyszukiwanie można przeprowadzić na podstawie samych informacji o genach, samych informacji o wariantach lub zarówno informacji o genach, jak i wariantach.
Upewnij się, że nazwy genów kandydujących są wymienione poniżej pola wprowadzania przy każdym wpisie znaku. Jeśli wyniki wyszukiwania nie wykażą się, skorzystaj ze strony internetowej HGNC, aby upewnić się, że użyty symbol genu jest aktualny. Następnie wprowadź informacje o wariancie ludzkim, aby dowiedzieć się, w jaki sposób warianty są wyświetlane w Exome Aggregation Consortium and Genome Aggregation Database, lub użyj nomenklatury opartej na transkryptach zgodnie z wytycznymi Towarzystwa Zmienności Genomu Ludzkiego.
W przypadku nomenklatury lokalizacji genomu należy użyć współrzędnych zgodnie z montażem genomu Homo sapiens 19. Aby uzyskać dostęp do danych organizmu modelowego w odniesieniu do ludzkiego genu będącego przedmiotem zainteresowania w MARRVEL, należy skorzystać z Tabeli Funkcji Genów, aby uzyskać każdy z poniższych wskaźników dla ośmiu organizmów modelowych. Ponieważ każda nazwa genu jest połączona z hiperłączami do stron genów w odpowiednich bazach danych organizmów modelowych, kliknij na linki, aby uzyskać więcej informacji fenotypowych i zasobów dostępnych dla każdego organizmu modelowego.
Na przykład we FlyBase pojawi się lista wszystkich alleli, które zostały wygenerowane, ich odpowiednich fenotypów oraz dostępności każdego allelu z publicznych centrów magazynowych. W tabeli funkcji genów kliknij łącza PubMed, aby przejść do listy publikacji związanych z genem będącym przedmiotem zainteresowania w każdym organizmie. Aby sprawdzić poziom pewności, że gen organizmu modelowego może być ortologiem genu ludzkiego będącego przedmiotem zainteresowania, sprawdź kolumnę DIOPT w celu uzyskania miary liczby algorytmów przewidywania ortologów, że gen organizmu modelowego może być ortologiem genu ludzkiego będącego przedmiotem zainteresowania.
Usuń zaznaczenie pola Pokaż tylko gen z najlepszym wynikiem DIOPT, aby wyświetlić wszystkich kandydatów, którzy zazwyczaj zawierają geny paralogiczne i geny homologiczne, które niekoniecznie są ortologiami w każdym organizmie modelowym. Aby określić ekspresję genu lub białka będącego przedmiotem zainteresowania, należy sprawdzić w kolumnie Expression wykaz tkanek, w których zgłoszono, że gen lub białko będące przedmiotem zainteresowania ulega ekspresji w bazach danych organizmów ludzkich lub modelowych. Dane dotyczące transkryptomu człowieka uzyskuje się z ekspresji genotyp-tkanka (GTEx), a dane dotyczące ekspresji białek ludzkich pochodzą z atlasu białek ludzkich.
W kolumnie Wyrażenie niektóre dane będą miały przycisk z wyskakującymi linkami, takimi jak dane dotyczące ludzi i much, które wyświetlają wzorzec ekspresji genów lub białek przy użyciu mapy cieplnej. Inne dane są połączone hiperłączami do odpowiednich stron baz danych organizmów modelowych w celu dalszej eksploracji. Aby uzyskać dostęp do terminów ontologii genów, sprawdź kolumny Funkcja molekularna, Składnik komórkowy i Proces biologiczny.
Dane te zostały przefiltrowane przez kody dowodów eksperymentalnych i wyświetlają terminy ontologii genów, które są oparte na bezpośrednich dowodach eksperymentalnych w każdym organizmie modelowym. Użyj Monarch Initiative, aby przejść do strony Phenogrid dla konkretnego ludzkiego genu. Pojawi się wykres, który zapewnia szybkie porównanie między fenotypami związanymi z genem będącym przedmiotem zainteresowania dla znanych chorób człowieka a mutantami organizmów modelowych, które mają nakładające się fenotypowo.
Jeśli gen myszy ma mysz z nokautem wyprodukowaną lub planowaną przez Międzynarodowe Konsorcjum Fenotypowania Myszy, kliknięcie IMPC spowoduje przejście do strony, która zawiera szczegółowe informacje na temat fenotypu myszy z nokautem i jego dostępności w publicznych centrach magazynowych. Aby uzyskać informacje na temat przewidywanych domen białkowych białka ludzkiego, które nas interesuje, kliknij pole Domeny białek ludzkiego genu. Dane pochodzą z DIOPT, który wykorzystuje rodziny białek i bazy danych Conserved Domains.
Pojedyncza pozostałość może być opisana więcej niż jeden raz ze względu na pewne nakładanie się domen opisanych w dwóch źródłach. Następnie użyj pola Wyrównanie wielu białek, aby uzyskać wielokrotne wyrównanie aminokwasów wygenerowane przez DIOPT, które wykorzystuje program wielokrotnego wyrównywania sekwencji aminokwasów lub nukleotydów dla każdego białka. Aby podświetlić interesujący Cię aminokwas, przewiń w dół pola i wprowadź interesujące Cię liczby aminokwasów.
Aby rozpocząć wyszukiwanie w MARRVEL na podstawie genów organizmów modelowych, kliknij przycisk Wyszukiwanie organizmów modelowych i wybierz wybrany organizm modelowy. Wprowadź symbol genu organizmu modelowego, kliknij symbol genu, gdy nazwa jest automatycznie uzupełniana, a następnie kliknij przycisk Szukaj. Jeśli wynik wyszukiwania jest negatywny, sprawdź oficjalny symbol genu, który jest używany w bazach danych organizmów modelowych.
Jeśli wynik wyszukiwania jest nadal negatywny, uzyskaj dostęp do bazy danych DIOPT i Orthology Predictions Search, aby ocenić, czy nie ma dobrych przewidywanych ortologów dla interesującego genu. Jeśli wyszukiwanie jest pozytywne, sprawdź wynik DIOPT i najlepszy wynik z kolumny gen ludzki do organizmu modelowego w celu wyboru genu ludzkiego. Jeśli gen ma wynik DIOPT wynoszący trzy lub więcej, a najlepszy wynik od genu ludzkiego do organizmu modelowego jest oznaczony jako Tak, jest prawdopodobne, że istnieje więcej niż jeden gen, który jest ortologiczny w stosunku do genu organizmu modelowego, który jest przedmiotem zainteresowania.
Kliknij łącze MARRVEL it, aby wyświetlić wyniki wyszukiwania dla każdego kandydata na ortologa. W tym przypadku kandydat jest tylko jeden. Aby zinterpretować wyniki badań genetyki człowieka MARRVEL dla interesującego nas genu i wariantu, kliknij opcję Online Mendelan Inheritance in Man (Dziedziczenie mendlowskie online u człowieka) lub OMIM.
Użyj pola Opis genu ludzkiego, aby uzyskać krótkie podsumowanie tego, co wiadomo o genie i produkcie genowym. Użyj pola Relacje gen-fototyp, aby określić, czy gen będący przedmiotem zainteresowania jest znany jako gen powodujący chorobę mendlowską. To pudełko dostarczy ręcznie wyselekcjonowane znane choroby i inne powiązania fenotypowe z genem, który Cię interesuje.
Pole Zgłoszone allele z OMIM może być użyte do uzyskania listy wariantów patogennych wyselekcjonowanych przez tę bazę danych, aby sprawdzić, czy wariant będący przedmiotem zainteresowania został wyselekcjonowany w OMIM jako patogenny. W tym przykładzie przeprowadzono poszukiwanie ludzkiego TBX2 w celu oceny znanej funkcji biologicznej tego genu i potencjalnego wpływu funkcjonalnego określonego wariantu missense w genie, u którego stwierdzono segregację w małej rodzinie z rzadką chorobą, która obejmuje układ kostny, sercowy i odpornościowy. Tutaj można zobaczyć dane wyjściowe wyszukiwania TBX2.
Opierając się na informacjach o organizmach modelowych prezentowanych w MARRVEL, szybko ustalono, że ten interesujący nas gen jest zachowany od C. elegans i Drosophila do ludzi i że interesujący nas aminokwas, arginina 20, jest również wysoce konserwatywny w trakcie ewolucji. Należy zauważyć, że szczur TBX2 nie wyrównuje się dobrze w tym regionie, prawdopodobnie z powodu transkryptu, który jest używany do wyrównania. Patrząc na terminy ontologii genów ortologów TBX2 u różnych gatunków, można zaobserwować, że TBX2 koduje czynnik transkrypcyjny, który jest zaangażowany w morfogenezę serca i inne procesy biologiczne u myszy i danio pręgowanego.
Ponieważ ludzki TBX2 ulega ekspresji w genotypie serca i atlasach białkowych, a pacjenci z wariantem TBX2 wykazują wady serca, można stwierdzić, że wariant ten jest dobrym kandydatem do zbadania eksperymentalnego. Nazwy genów mogą się zmieniać w czasie, dlatego ważne jest, aby potwierdzić, że używasz najnowszych oficjalnych symboli genów opartych na bazach danych organizmów ludzkich lub modelowych. Obejrzyj nasz towarzyszący artykuł wideo JoVE zatytułowany In Vivo Functional Study of Disease-associated Rare Human Variants Using Drosophila", aby zapoznać się z dalszymi badaniami eksperymentalnymi, które można przeprowadzić.
Projekt MARRVEL wspiera klinicystów i badaczy w ułatwianiu diagnozowania chorób i prowadzenia badań mechanistycznych. Będziemy to kontynuować, dodając nowe funkcje do programu w miarę postępów. MARRVEL jest stale aktualizowany, dlatego zalecamy użytkownikom zapoznanie się z sekcją Co nowego, aby być na bieżąco z nowymi funkcjami, które zostały wprowadzone.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Niniejszy artykuł przedstawia protokół efektywnego dostępu do baz danych organizmów modelowych i ludzkich oraz ich analizy z wykorzystaniem narzędzia MARRVEL. Protokół kładzie szczególny nacisk na analizę potencjalnych wariantów chorobotwórczych zidentyfikowanych za pomocą sekwencjonowania następnej generacji.
MARRVEL usprawnia interpretację wariantów poprzez agregację danych z genomiki człowieka oraz danych z organizmów modelowych, co skraca czas poświęcany na nawigację po bazach danych. Wspiera to walidację celów i ograniczanie ryzyka mechanistycznego w badaniach nad rzadkimi chorobami, zapewniając szybki dostęp do dowodów funkcjonalnych i fenotypowych u różnych gatunków. Narzędzie to umożliwia wczesne testowanie hipotez oraz priorytetyzację wariantów do dalszych badań eksperymentalnych, zwiększając pewność predykcyjną w procesach odkrywania leków.
MARRVEL wpisuje się w kontinuum odkryć, od identyfikacji celu po walidację przedkliniczną, umożliwiając interpretację wariantów oraz priorytetyzację funkcjonalną.