aluno: fabio gava aoki prof. dr. adriano alencar -...
TRANSCRIPT
-
Aluno: Fabio Gava Aoki
Prof. Dr. Adriano Alencar
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 1
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 2
http://www.labgrab.com/users/labgrab/blog/central-dogma-genetics-incomplete_id%3D904
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 3
Fonte: Physical Biology of the Cell (2008)
-
Nucleotídeos
Purinas
Pirimidinas
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 4
Fonte: Physical Biology of the Cell (2008)
-
Nucleotídeos
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 5
http://en.wikipedia.org/wiki/Introduction_to_genetics
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 6
Fonte: Physical Biology of the Cell (2008)
-
Genes
Trecho codificante de DNA
Exons e Introns
Introns: mais frequentes em vertebrados, muito pouco em procariotos e ausentes em mitocôndrias
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 7
http://de.wikipedia.org/wiki/Exon
-
Introns
Splicing alternativo
Introns podem intensificar a expressão do próprio gene
Relacionados a doenças (talassemia)
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 8
http://www.studyblue.com/notes/note/n/biology-chapter-17-b/deck/4473825
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 9
-
Forma de estudar a correlação na sequência de DNA DNA "walk"
Permite visualizar flutuações de purina e pirimidina:
Curva ascendente pirimidinas
Curva descendente purinas
Esperar-se-ia ausência de correlação a longa-distância (“long-range”), mas...
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 10
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 11
Pirimidinas = +1
Purinas = -1
Raiz quadrada da flutuação quadrática média: F(l)
Se os passos são randômicos: F(l)~l1/2
Correlação local (cadeias de Markov) : F(l)~l1/2
Correlação de longo alcance: F(l) ~ lα, com α>0,5
Stanley (1992)
-
DNA “scramble” (1D “walk”)
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 12
Pirimidinas (T ou C) = +1 Purinas (A ou G) = -1
-
DNA “walk” (2D “walk”)
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 13
-
Peng et al. (1992), Stanley (1992) correlação em genes com introns e non-coding DNA, mas não em cDNA ou genes sem introns
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 14
- Miosina β-cardíaca humana
- cDNA da sequência acima
- Bacteriófago-λ sem introns
Stanley (1992)
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 15
- Miosina β-cardíaca humana
Peng et al. (1992)
-
Correlação de longo alcance
Li e Kaneko (1992)
Correlação relacionada a padrões repetitivos de DNA
Elongação do DNA ligado a processo evolutivo
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 16
-
Exemplo: miosina esquelética embrionária de rato
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 17
Auto-afinidade fractal
Stanley (1992)
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 18
Lei de potência do DNA implica fractalidade!
Genes sem introns e cDNA α=0,5
Genes com introns e trechos non-coding α>0,5
Correlação de longo alcance método quantitativo de distinguir genes com múltiplos introns de genes com menos introns e cDNA (Peng et al., 1992)
Base estatística
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 19
Abramson, Cerdeira e Bruschi (1999) dimensão fractal é diferente de trechos codificantes e não codificantes
DNA “walk” em duas dimensões
Abramson, Cerdeira e Bruschi (1999)
-
Correlação de longo alcance tema controverso
Li et al. (1994), Li (1997) a correlação a longo-alcance
por si não é o mais importante – importante é a característica particular do espectro em potência “1/f” em estudos de sistemas complexos
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 20
Abramson, Cedeira e Bruschi (1999)
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 21
Técnicas mais avançadas – análises de Fourier, Wavelet, proposição matemática com números complexos (Cattani, 2010)
DNA “walk” espacial (Abramson, Cerdeira e Bruschi, 1999)
Detrended Fluctuation Analysis (Boekhorst, Abnizova e Nehaniv, 2008)
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 22
Para que serve, então, o DNA “walk” e outras técnicas? Análise Linguística
Análise visual e quantitativa Indústria farmacêutica identificação de genes que
codificam proteínas potencialmente úteis Centros de sequenciamento Estudos filogenéticos Estudos evolutivos
(Berger et al. 2004)
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 23
-
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 24
-
Abramson, G.; Cerdeira, H. A.; Bruschi, C. Fractal properties of DNA walks. BioSystems, v. 49, p. 63-70, 1999.
Berger, J. A.; Mitra, S. K.; Carli, M.; Neri, A. Visualization and analysis of DNA sequences using DNA walks. Journal of The Franklin Institute, v. 341, p. 37-53, 2004.
Boekhorst, R.; Abnizova, I.; Nehaniv, C. Discriminating coding, non-coding and regulatory regions using rescaled range and detrended fluctuation analysis. BioSystems, v. 91, p. 183-194, 2008.
Cattani, C. Fractals and Hidden Symmetries in DNA. Hindawi Publishing Corporation, Mathematical Problems in Engineering, v. 2010, 31 pages, 2010.
Cristea, P. D. Large scale features in DNA genomic signals. Signal Processing, v. 83, p. 871-888, 2003.
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 25
-
Li, W.; Kaneko, K. Long-Range Correlation and Partial 1/fα
Spectrum in a Noncoding DNA Sequence. Europhysics Letters, v. 17(7), p. 655-660, 1992.
Li, M.; Marr, T. G.; Kaneko, K. Physica D, v. 75, p. 392-416, 1994.
Li, W. The Complexity of DNA. Complexity, v. 3(2), p. 33-37, 1997.
Liu, X.; Wang, S. -Y.; Wang, J. A statistical feature of Hurst exponents of essential genes in bacterial genomes. Integrative Biology, v. 4, p. 93-98, 2012.
Peng, C. -K.; Buldyrev, S. V.; Goldberger, A. L.; Havlin, S.; Sciortino, F.; Simons, M.; Stanley, H. E. Fractal landscapes analysis of DNA walks. Physica A, v. 191, p. 25-29, 1992.
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 26
-
Phillips, R.; Kondev, J.; Theriot, J. Physical Biology of the Cell. Garland Science: Taylor & Francis Group, 2008.
Rao, N.; Lei, X.; Guo, .; Huang, H.; Ren, Z. An efficient sliding window strategy for accurate location of eukaryotic protein coding regions. Computers in Biology and Medicine, v. 39, 392-395, 2009.
Stanley, H. E. Fractal landscapes in physics and biology. Physica A, v. 186, p. 1-32, 1992.
13/11/2013 PFG-5306 Princípios Físicos Aplicados à Fisiologia 27