Процесс обработки полученной генетической информации

В результате секвенирования мы получаем набор информации о том, какие гены были проверены (при полноэкзомном секвенировании примерно 25 тысяч генов), какое качество их прочтения, какова вероятность ошибки. Современные тенденции более полного секвенирования "оптом" приводят к получению огромного количества данных:

Список секвенированных генов в индексном файле NGS (next generation sequencing)

Существуют различные наработки по анализу обнаруживаемых мутаций в гене на функциональную сохранность считываемого белка, на примере ретинол дегидрогеназы:

Данные более наглядны, если их наложить на структуру уже считанного белка, например, родопсина:

retina-international.org/files/sci-news/rhomut.htm

То есть, на этой картинке показано, какая из замен аминокислот приводит к развитию дегенерации сетчатки (красным указаны доминантные формы, зеленым - рецессивные), а какая только к стационарной врожденной ночной слепоте (черным). Желтыми прямоугольниками показаны семь трансмембранных доменов родопсина.

di.unipi.it с изменениями

Пример карты взаимодействия генов

Необходимо создание базы данных наиболее частых взаимодействий генов при развитии заболевания. Первоначально кажущиеся несвязанными гены могут оказаться закономерностями по мере накопления знаний о генетических основах патогенеза болезни.

Накопленная база мутаций на примере дистрофий сетчатки

http://www.retina-international.org/files/sci-news/protdat.htm

1. Белков зрительного каскада:

Rhodopsin (RHO)

Photopigments
Blue Cone Pigment (BCP)
Green Cone Pigment (GCP)
Red Cone Pigment (RCP)

Transducin
Rod Transducin, a-subunit (GNAT1)
Cone Transducin, a-subunit (GNAT2)

cGMP Phosphodiesterase (PDE6)
Rod, a-subunit (PDE6A)
Rod, b-subunit (PDE6B)

Cyclic Nucleotide-gated Cation Channel
Rod, a-subunit (CNGA1)
Cone, a-subunit (CNGA3)
Cone, b-subunit (CNGB3)

2. Белков контроля и поддержки зрительного каскада:

L-type Calcium-Channel (CACNA1F)
Rhodopsin Kinase (RHOK)
Arrestin (SAG)
Protein Kinase C (PRKC)

Не описаны при дистрофиях сетчатки:
Phosducin (PDC)
Protein Phosphatase 2a (PP2A)
Retina-specific Phospholipases (PLA2)
Recoverin (RCV1)

3. Белков восстановления цГМФ и концентрации катионов в темновом цикле:

Retinal Guanylate Cyclase
Retinal Guanylate Cyclase, type 1 (RetGC1, GUC2D)
Retinal Guanylate Cyclase, type 2 (RetGC2)
Guanylate Cyclase activating Protein
Guanylate Cyclase activating Protein 1 (GCAP1, GUCA1A)
Guanylate Cyclase activating Protein 2 (GCAP2, GUCA1B)

Не описаны при дистрофиях сетчатки:
Na/Ca/K-Exchanger (NCKX)

4. Белков восстановления и поддержки хромофоров:

ATP-binding Cassette Transporter (ABCR, ABCA4)
Cellular Retinaldehyde-binding Protein (CRAlBP, RLBP1)
Retinol Dehydrogenases
      11-cis Retinol Dehydrogenase (RDH5)
   all-trans/11-cis Retinol Dehydrogenase (RDH12)
RPE65
Lecithin Retinol Acyl Transferase (LRAT)
Serum Retinol-binding Protein (SRBP, RBP4)
RPE-retinal G-protein-coupled Receptor (RGR)

Не описаны при дистрофиях сетчатки:
Cellular Retinol-binding Protein (CRBP)
Interphotoreceptor Retinoid-binding Protein (IRBP, RBP3)
Retinol Ester Hydrolase (REH)
all-trans Retinol Dehydrogenase (RDH10)

5. Белков транспорта в клетке:

Retinitis pigmentosa GTPase-Regulator(RPGR)
Retinitis pigmentosa GTPase-Regulator-interacting Protein (RPGRIP1)
Rab Escort Protein (REP1)
Myosin VIIa (MyoVIIa)
Regulator of G-Protein Signalling 9 (RGS9)
Regulator of G-Protein Signalling 9 anchor protein (R9AP)
Small GTP-binding protein Rab27a
Rab3A-interacting molecule (RIM1)
Ocular Albinism 1 Gene (OA1)
Chediak-Higashi Syndrome Protein 1 (CHS1)
Hermansky-Pudlak-Syndrome Proteins
       pale ear (HPS1, ep )
      Adaptor-3-Complex, b3A-subunit (ADTB3A)
      HPS3
      light ear (HPS4, le)
      ruby eye (HPS5, ru)
      ruby eye2 (HPS6, ru2)
      Dysbindin (DTNBP1)

Не описаны при дистрофиях сетчатки:
Small GTP-binding proteins (Rab Proteins)
Rab GDP Dissociation Inhibitor (GDI) and Dissociation Inhibitor -like Protein
GTPase-activating Protein (GAP)

6. Белков цитоскелета:

Cadherin 3(CDH3)
Cadherin 23(CDH23)
Protocadherin 15(PCDH15)
Collagen 2, a-subunit 1 (COL2A1)

7. Белков, вовлеченных в сплайсинг:

• U4/U6-associated Splicing Factor ( HPPRP3 )
• RNA Processing Factor 31 ( PRPF31 )
• Precursor of mRNA Processing Protein 8 ( PPRPC8 )

8. Белков, контролирующих другие белки путем изменения их модификации:

Geranyl-Geranyl Transferases I ( GGTaseI )

Не описаны при дистрофиях сетчатки:
Prenyl Transferases (GGTaseII, FTase)

9. Белков, поддерживающих структурную целостность клеток сетчатки и тканей:

Prominin (mouse)-like1 (PROML1)
RDS/Peripherin (RDS) and Rod Outer Membrane Protein 1 (ROM-1)
Tissue Inhibitor of Metalloproteases 3 (TIMP3)

10. Факторов транскрипции:

Cone-Rod Dystrophy Gene (CRX)
Crumbs Homologue 1 (CRB1)
Neuroretina Leucine-Zipper (NRL)
NR2E3, Photoreceptor Cell-specific Nuclear Receptor (PNR, NR2E3)
Frizzled 4 (FZD4)

11. Факторов роста:

Norrin (NDG)
X-linked Retinoschisis Gene (RS1)

Не описаны при дистрофиях сетчатки:
Pigment Epithelium Differentiation Factor (PEDF)

12. Белков меланогенеза:

• Tyrosinase ( TYR )
• Tyrosinase-related Protein 1 ( TRP 1 )
• Membrane-associated Transport Protein ( MATP )
• Pink Eye Dilution Gene ( P )
• Melanocortin Receptor 1 ( MC1R )

13. Белков с неизвестной функцией:

Bestrophin (VMD2)
Tubby-like Protein 1 (TULP1)
EGF-containing fibrillin-like extracellular matrix protein 1 (EFEMP1)
Elongation of Very Long Chain Fatty Acids-like Protein 4 (ELOVL4)
MER Receptor Tyrosine Kinase (MERTK)
Inosine Monophosphate Dehydrogenase 1 (IMPDH)
Ceramide Kinase-like (CERKL)
RP1
RP2
RP9
HRG4
Usher Syndrome-Genes

Usher Syndrome Type 1c-Gene (USH1C)
Usher Syndrome Type 2a-Gene (USH2A)
Usher Syndrome Type 2c-Gene (VLGR1, MASS1)
Usher Syndrome Type 3-Gene (CLARIN-1)

Aryl Hydrocarbon Receptor-interacting Protein-like 1 (AIPL1)
Multidrug Resistance-associated Protein 6 (ABCC6, MPR6)
Nyctalopin (NYX)
Bardet-Biedl Syndrome Genes
Bardet-Biedl Syndrome 1 Gene (BBS2L2)
Bardet-Biedl Syndrome 2 Gene (BBS2)
Bardet-Biedl Syndrome 4 Gene (BBS4)
Bardet-Biedl Syndrome 7 Gene (BBS2L1)
McKusick-Kaufman Syndrome Gene (MKKS)

(RHO BCP GCP RCP GNAT1 GNAT2 PDE6 PDE6A PDE6B CNGA1 CNGA3 CNGB3 CACNA1F RHOK SAG PRKC RetGC1, GUC2D RetGC2 GCAP1, GUCA1A GCAP2, GUCA1B ABCR, ABCA4 CRAlBP, RLBP1 RDH5 RDH12 RPE65 LRAT SRBP, RBP4 RGR RPGR RPGRIP1 REP1 MyoVIIa RGS9 R9AP Rab27a RIM1 OA1 CHS1 HPS1, ADTB3A HPS3 HPS4, HPS5, HPS6, DTNBP1 CDH3 CDH23 PCDH15 COL2A1 HPPRP3 PRPF31 PPRPC8 GGTaseI PROML1 RDS ROM-1 TIMP3 CRX CRB1 NRL PNR, NR2E3 FZD4 NDG RS1 TYR TRP1 MATP P MC1R VMD2 TULP1 EFEMP1 ELOVL4 MERTK IMPDH CERKL RP1 RP2 RP9 HRG4 USH1C USH2A VLGR1, MASS1 CLARIN-1 AIPL1 ABCC6, MPR6 NYX BBS2L2 BBS2 BBS4 BBS2L1 MKKS)

То есть, полученный в результате секвенирования нового поколения (NGS) файл является лишь начальным материалом для работы биоинформатика и клинициста при понимании причины и механизма развития болезни на основе анализа вклада той или иной мутации в патогенез.

Материал составлен Марианной Ивановой и опубликован 6 сентября 2013 г.