פרוייקט ביולוגיה חישובית

1. פרוייקט ביולוגיה חישובית אורתולוגיה והתמיינות תאי B מגישות: דנה דרויש עמית אשכנזי בהנחיית:ד"ר רמי דון ד"ר רמית מר חיבה בן אשר

2. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך Microarray טכנולוגית הOligonucleotide microarray מאפשרת ניתוח התבטאותם של אלפי גנים בו זמנית.באמצעותה ניתן להשוות נתונים מרקמות שונות, ממינים שונים, בזמנים שונים.

3. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך אורתולוגיה גנים אורתולוגים הינם גנים ביצורים שונים שהתפתחו מאב קדמון משותף.

4. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך המטרה: השוואת שתי רשימות גנים בעיות1. לאותו גן ייתכנו מספרי גישה (Accession no.) שונים.2. גנים אורתולוגים הם בעלי מספרי גישה שונים.3. לא נמצאו תוכנות המאפשרת השוואה של שתי רשימות (קיימות תוכנות המשוות גן בודד בכל שלב). פתרוןבניית תוכנה המשווה רשימות גנים על ידי הצלבת מספרי גישה שונים –"Ortholog finder"

5. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך שלבי עבודה 1. חיפוש BaseData מתאים לתוכנהמצאנו מאגר אורתולוגים מתאים: "Homologene” ב-NCBI Anopheles gambiae Arabidopsis thaliana Caenorhabditis elegans Drosophila melanogaster Eremothecium gossypii Homo sapiens Magnaporthe grisea Mus musculus Neurospora crassa Plasmodium falciparum Rattus norvegicus Saccharomyces cerevisiae Schizosaccharomyces pombe המאגר תומך באורגניזמים:

6. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך שלבי עבודה 1. חיפוש BaseData מתאים לתוכנהמצאנו מאגר אורתולוגים מתאים: "Homologene” ב-NCBI Gene Id Gene symbol Protein Id Protein accession המאגר תומך במספרי הגישה:

7. שלבי עבודה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך 2. תוכנות ושפות תכנות - Access - Visual Basic - SQL

8. תוכנת אורתולוגיה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך

9. תוכנת אורתולוגיה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך

10. תוכנת אורתולוגיה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך

11. תוכנת אורתולוגיה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך

12. תוכנת אורתולוגיה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך

13. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך מקרה מחקר יישומי - (Case study)מציאת הגנים המשותפים לתהליך הספרמטוגנזה ולתהליך התמיינות תאי B

14. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך ספרמטוגנזה ספרמטוגנזה הינו תהליך יצירת גמטות זכריות (תאי זרע).ניתן לחלק את התהליך לשלושה שלבים, בהם נוצרים שלושה סוגי תאים:1. פרוליפירציה (proliferation) – תאי spermatogonia2. חלוקת הפחתה (מיוזה) – תאי spermatocytes3. התבגרות (maturation) – תאי spermatids/spermatozoa

15. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך ספרמטוגנזה ספרמטוגנזה הינו תהליך יצירת גמטות זכריות (תאי זרע).ניתן לחלק את התהליך לשלושה שלבים, בהם נוצרים שלושה סוגי תאים:1. פרוליפירציה (proliferation) – תאי spermatogonia2. חלוקת הפחתה (מיוזה) – תאי spermatocytes3. התבגרות (maturation) – תאי spermatids/spermatozoa במהלך המיוזה מתרחש שחלוף הומולוגי

16. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך Pre BI large pre BII small pre-BII ImmatureB Mature B התמיינות תאיB • תאי לימפוציטים מסוג B מתפתחים מתאי אב progenitors ו- precursorsבמח העצם. שלבי ההתמיינות העיקריים הינם: 1. Pre BI 2. large pre BII 3. small pre-BII 4. Immature B 5. Mature B

17. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך Pre BI large pre BII small pre-BII ImmatureB Mature B התמיינות תאיB • תאי לימפוציטים מסוג B מתפתחים מתאי אב progenitors ו- precursorsבמח העצם. שלבי ההתמיינות הינם: 1. Pre BI 2. large pre BII 3. small pre-BII 4. Immature B 5. Mature B תהליך התמיינות תאי B כולל ארגוןמחדש של הגנים האימונוגלובולינים.

18. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך Pre BI large pre BII small pre-BII ImmatureB Mature B תהליך ה DNA recombination הינו תהליך ייחודי ללימפוציטים ולתאי מין !!! המטרה: מציאת הגנים המשותפים לתהליך הספרמטוגנזה ולתהליך התמיינות תאי B, בדגש על הגנים המשתתפים בשחלוף התמיינות תאי B ספרמטוגנזה

19. שלביעבודה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך 1. איסוף הנתונים - נתונים מmicroarrays עבור 5 השלבים בתהליך הספרמטוגנזה בעכבר(נלקחו ממעבדתו של ד"ר רמי דון) - נתונים מ microarrays עבור 5 השלבים בתהליך התמיינות תאי B בעכבר(נלקחו ממאמר שפורסם ב Genome Research)

20. שלביעבודה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך 2. עיבוד הנתונים - נירמלנו את נתוני התמיינות תאי B (בתוכנת Gene Cluster 3.0 - Eisen) - עבור כל תהליך בחרנו את הגנים בעלי שינויים משמעותיים בהתבטאות - הצלבנו את התוצאות וקיבלנו 106 גנים משותפים spermatogenesis 790 B-cell 1,406 106

21. שלביעבודה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך 3. Clustering - ביצענו Clustering על הנתונים מ-2 התהליכים (קיבלנו 10 Patterns)(בתוכנת Expander של ד"ר רון שמיר)

22. שלביעבודה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך 3. Clustering - התקבל גרף לכל cluster המציג את תבנית הביטוי.

23. שלביעבודה • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך 3. Clustering - בחרנו את הגנים שהתבטאו בצורה משמעותית בשלב השחלוף בשני התהליכים (20 גנים)

24. ניתוח תוצאות ומסקנות • שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך Anp32e– נמצא במוח הקטן בתאי גרנולה מתחלקים וכנראה משתתף בהעברת אותות התקבלו שלוש קבוצות של גנים :1. גנים שביטויים העיקרי ברקמה אחרת ולא ידוע על ביטויים ב-testis ו/ או בתאי B2. גנים שידוע שמתבטאים ברקמה אחת ולא ידוע על ביטוי בשניה 3. גנים שידוע שמשותפים לשתי הרקמות Mα7– בנוי מ α ומ βטובולין. ידוע שביטוי ב-testis עולה במיוזה I, אך לא ידועלגבי ביטוי בתאי B. Hmg20a – מזהה מבנים שגויים ב-DNA, כולל מבנה שנוצר בשחלוף הומולוגי

25. שלב א • רקע • Microarray • אורתולוגיה • מטרות • שלבי עבודה • מאגרי מידע • תוכנות • תוכנת האורתולוגיה • שלב ב (יישום) • רקע • ספרמטוגנזה • התמיינות תאי B • מטרה • שלבי עבודה • איסוף נתונים • עיבוד הנתונים • Clustering • ניתוח תוצאות ומסקנות • הצעות להמשך הצעות להמשך 1. הרחבת תוכנת "Ortholog finder"למאגרי מידע נוספים, כגון Ensembl2. בדיקה מעבדתית עבור הגנים שנמצאו ואין מידע על ביטויים בשתי הרקמות.3. ביצוע מחקר דומה עבור מינים שונים.

26. תודות ד"ר רמי דוןד"ר רמית מרחיבה בן אשרד"ר רון וידסד"ר בני שומר(Germany)Dr.Reinhard Hoffmann