Bioinformatica Pictar – miRanda - TargetScan – miRiam Dr. Giuseppe Pigola –...

BioinformaticaPictar – miRanda - TargetScan – miRiam

Dr. Giuseppe Pigola – [email protected]

Predizione di Target I microRNA sono delle piccole molecole di RNA (circa 21-23

nucleotidi);

La loro importanza è dovuta al fatto che essi sono coinvolti nella regolazione dell’espressione genica;

Sono coinvolti in diversi processi, funzioni e malattie;

Presentano una complementarità parziale (quasi sempre) o totale (più raramente) delle loro basi rispetto a quelle dei loro mRNA bersaglio;

I miRNA sono in grado di impedire la traduzione dei loro target preservandone la stabilità o provocandone la distruzione;

Un miRNA può avere più target ed uno stesso mRNA può essere target di diversi miRNA.

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Predizione di Target Sebbene si conoscano circa 1000 miRNA nell’uomo (e molti altri in

altre specie), solo per una piccola parte di essi è stato individuato almeno un target;

Esistono numerosi tool su web che offrono servizi di predizione di target per miRNA: TargetScan, PicTar, miRanda,……;

Permettono ai ricercatori di limitare la lista di potenziali geni targets per la conferma sperimentale;

Molti di essi offrono dei database di predizioni già effettuate da consultare;

Predizioni basate unicamente sulle regole d'accoppiamento tra basi producono un grande numero di risultati falsi positivi.

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PicTar - http://pictar.mdc-berlin.de/

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Prima cerca siti di legame di 7 nucleotidi nella fine della regione 5' iniziando dalla prima o dalla seconda posizione;

L'energia libera del legame tra microRNA e target e successivamente calcolata per seed con match imperfetti;

Per delineare una lista di siti target predetti, vengono impostate alcune soglie d'energia e successivamente viene calcolato un punteggio di massima verosimiglianza in base alla conservazione attraverso molteplici organismi.

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Ricerca per target di un miRNA

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Ricerca per target di tutti i miRNA (inserendo un gene target)

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Ricerca per tessuto (bisogna scegliere il DB adatto)

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ESERCIZIO Ricercare tutti i miRNA che hanno per target bcl2. Elencare almeno tre miRNA. Per il miRNA hsa-miR-182 quanti sono i possibili target su BCL2

in Homo Sapiens? Quale è la sequenza del primo target?

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miRanda - http://www.microrna.org

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miRanda - http://www.microrna.org

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I concetti base dell’algoritmo di miRanda sono:

Appaiamento delle sequenze miRNA/Target (Algoritmo di Smith-Waterman). Soltanto gli allineamenti che superano un certo threshold passano alla fase successiva;

Valutazione termodinamica dei duplex predetti (Viene calcolata l’energia libera della struttura secondaria). Minore è l’energia libera, più stabile il legame;

Analisi della conservazione dei siti

di legame in specie diverse;

miRanda - http://www.microrna.org/microrna/home.do

E’ possibile accedere alle predizioni effettuate per uomo, topo e ratto.

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E’ possibile effettuare la ricerca per miRNA (Es. miR-15a):

E’ possibile effettuare la ricerca per target (Es. Bcl-2):

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Cerchiamo i target predetti per il miRNA miR-15a in Homo sapiens:

Cliccando su “view targets” si ottiene l’elenco dei target, con i dettagli degli appaiamenti:

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Cerchiamo i miRNA per i quali il gene Bcl-2 è un target predetto:

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ESERCIZIO Ricercare tutti i miRNA che hanno per target SOD2 in Homo

Sapiens. Quanti miRNA trovate? Visualizzare le sequenze dei target.

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TargetScan - http://www.targetscan.org/

TargetScan elabora i binding sites basandosi sulla complementarietà perfetta di una regione a 7 nucleotidi conservata attraverso cinque organismi tra le basi 2-8 della regione 5' alla fine del microRNA;

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Conservati in molti vertebrati

Conservati nella maggior parte dei mammiferi

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Table of miRNA sites:

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Tipi di binding site:

8mer: Un match esatto nelle posizioni da 2 a 8 del miRNA maturo (il seed + posizione 8) seguito da una 'A‘;

7mer-m8: Un match esatto nelle posizioni da 2 a 8 del miRNA maturo (il seed + posizione 8);

7mer-1A: Un match esatto nelle posizioni da 2 a 7 del miRNA maturo (il seed) seguito da una ‘A’;

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ESERCIZIO Ricercare tutti i miRNA che hanno per target bax settando come

organismo il topo. Ci sono miRNA che interagicono con il gene? Ci sono miRNA ampiamente conservati nei vertebrati? Di che

tipo di legame si tatta? Ci sono miRNA conservati tra la maggior parte dei mammiferi?

Di che tipo di legame si tatta? Ci sono miRNA scarsamente conservati? Di che tipo di legame

si tatta?

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miRiam - http://ferrolab.dmi.unict.it/miriam.html

Basato su caratteristiche termodinamiche;

Vincoli empirici;

Sfrutta l’accessibilità della struttura secondaria del mRNA dedotta da interazioni miRNA/mRNA conosciute;

miRiam è fornito come programma standalone (in python);

./miriam source=hsa target=bcl2.fasta * Ricerca potenziali binding site su bcl2 per miRNA di Homo Sapiens

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Altri Tool PITA incorpora la funzionalità dell'accessibilità al sito di target, determinata

dalle interazioni d'appaiamento di basi all'interno dell'RNA messaggero, nella ricognizione di target di microRNA;

RNA22 trova siti di legami di microRNA nella sequenza d'interessa, e successivamente identifica il target;

RNAhybrid trova l'energia minima dell'ibridizzazione di RNA lunghi e corti;

MicroTar valuta la complementarieta di target di microRNA e i dati termodinamici;

DIANAmicroT è una variante di miRanda, usa alcune regole iniziali modificate per l'accoppiamento di basi che si focalizzano sulle dimensioni di possibili rigonfiamenti iniziali;

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Altri Tool miTarget

basato su un classificatore Support Vector Machine (SVM);

Prende in considerazione l'energia libera termodinamica di ripiegatura tra il microRNA ed il possibile sito di target;

Complementarietà di basi in specifiche posizioni;

Mancano targets validati sperimentalmente;

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