1. TARTU ÜLIKOOL 2003 HIIRE GENOOM JA SELLE VÕRDLUS INIMESE GENOOMIGA
KOOSTANUD: KADILIINA KUUSIK (GT 3)
JUHENDANUD: MAIDO REMM

2. Hiir ja inimene lahknesid üksteisest c. 65 Myr.
Hiire ajalugu kui biomeditsiiniliste uuringute juhtiva mudelorganismina algab sealt, kust inimese tsivilisatsioongi.
Hiire geneetiline kaardistamine algab Haldaine´ga 1915.,kus vaatluse all oli 7.kromosoomi 2 lookust, 1982 oli lookusi juba 45.
Edasi toimub plahvatuslik areng tänu rekombinantse DNA tehnoloogia, polümorfismi uuringute, RFLP -de detekteerimise ja SSLP -de kasutamisele.

3. Esimesed hiire genoomi andmebaasid:
1900 luuakse Human Genome Projekt (HGP), kuhu kaasatakse ka hiir kui üks viiest mudelorganismist.
Esimesed hiire genoomi andmebaasid:
Luuakse Mouse Genome Sequencing Consortium (MGSC), mis hõlmab:
Whitehead/Massachusetts Institute of Technology Center of Genome Research
Waschington University Genome Sequencing Center
Wellcome Trust Sanger Institute
Ensembl ( a joint project of the European Bioinformatics Institute and the Sanger Institute)

4. Mustandjärjestust on 74% hiire genoomist ehk 1859 Mb, lõpetatud järjestust 19 % ehk 477 Mb.

5. Liikide vahel on `synteny` , mitte ainult tänu ortoloogsete geenide olemasolule, vaid ka nende samasugusele asetsemisele genoomis, viitamaks ühisele eellasele (common ancestor).
See tähendab seda, et me ei näe mitte ainult homoloogiat liikide vahel, vaid ka seda, et geenid asuvad kromosoomi peal samas järjekorras.
Samad sünteenilised segmendid on eri kromosoomide vahel ümber organiseeritud .
Sünteenilise segmendi pikkus on keskmiselt 6.9 Mb.

6. Juba võrdlesid Nadeau ja Taylor ortoloogsete geenide kromosomaalset asetust. Tulemuseks oli see, et inimese ja hiire genoome saab kirjeldada 180 tervikliku sünteenilise regioonina. Praeguseks on see arv tõusnud 342-le.
90.2% inimese ja 93.3% hiire genoomist asetseb n.n. konserveerunud sünteenilistes segmentides.
Hiire ja inimese genoomi sünteeniliste segmentide kaardi alusel saab arvutada minimaalsete ümberkorralduste arvu, mille abil saaks n.ö.`transformeerida` ühest genoomist teise.
`Hiirest saab inimene 295 sammuga.`

9. ( G+C) sisalduse jaotus on hiire ja inimese vahel erinev.
Hiirel on ( G+C) sisaldus 42%, võrreldes inimese 41%-ga.
Võrreldes inimese genoomiga on hiire autosoomne (G+C) sisaldus 1.5% kõrgem, hiire X kromosoomi puhul võib aga täheldada vastupidist tendentsi.
Hiirel on (G+C) jaotus tihedam, seega ei esine genoomi eri piirkondades suuri kõikumisi.
Nii hiirel kui inimesel asuvad % geenidest genoomi ( G+C) rikkamas pooles.

11. Tabeli numbrid on seletatavad hiire c
Tabeli numbrid on seletatavad hiire c. kahekordselt kõrgema muteerumiskiirusega ( vastavalt 4.5* ja 2.2*10 -9 asendust saidi kohta aastas). Viimane on omakorda seletatav peamiselt generatsiooniajaga, seega, mida rohkem põlvkondi, seda rohkem võimalusi meiootilise duplikatsiooni käigus erinevate vigade tekkimiseks.
Samuti on SINE perekond hiires rohkem diversifitseerunud ( B1, B2, ID, B4).

13. 96% hiire ja inimese geenidest asuvad samades sünteenilistes kohtades.
Võimalikult õige tulemuse saamiseks toimub geenide ennustamine erinevaid infoallikaid kombineerides:
Ensembl geeni ennustus
Genie geeni ennustus
GeneWise
GENSCAN
TWINSCAN
SGP2
SLAM (
96% hiire ja inimese geenidest asuvad samades sünteenilistes kohtades.
80% neist on 1:1 ortoloogid.
Vähem kui 1% hiire geenidest (118) ei oma homoloogi inimeses, küll aga teistes liikides.

14. Protsessitud pseudogeenid tekivad osaliselt või täielikult splaissitud mRNA retrotranspositsioonil genoomi. Võrreldes oma tõelise copy -ga on nad kaotanud kas mõne või kõik intronid.
Mitteprotsessitud pseudogeenid tekivad genoomi piirkondade duplikatsioonil või geeni vaigistamisel loodusliku valiku poolt.
Pseudogeenidel on kõrge Ka/Ks, s.t., et ülekaalus on mittesünonüümsed asendused.
Huvitav on Gapdh geen, mida on funktsionaalsena hiire genoomis ainult üks, pseudogeene on aga 400, milledele ortoloogi inimese genoomis ei leidu.

15. RNA geenid ei kodeeri valku (tRNA, rRNA, microRNA, nRNA jt.).
Hiire puhul on tõeliste tRNA -de kindlaks määramine raske, kuna genoom koosneb tRNA -dest tulenevatest aktiivsetest SINE elementidest.
Ülal tabelis olevad tulemused on saadud programmi tRNAscanSE, RepeatMaskeri kasutamisel.
(p.s. kõik tRNA -d vastavad Wobble reeglile)

16. Ortoloogsete geeni paaride vahel on ka geeni struktuur väga kõrgelt konserveerunud, nii eksonite arv kui pikkused. Kui ortoloogsetel eksoni paaridel on erinevad pikkused, siis on need kodeerivast raamist tulenevalt just kolmekordsete erinevustega.
Ortoloogsed intronid ei oma tavaliselt identseid pikkusi, küll aga eksisteerib korrelatsioon genoomi ja introni suuruse vahel ehk siis mida väiksem genoom, seda lühem intron.
Regulatoorsete regioonide puhul täheldati madalamat konserveerumisastet kui kodeerivatel regioonidel, samas oli see siiski kõrgem üleüldisest genoomi konserveerumisastmest.

19. Läbiviidud uuringute tulemusena moodustab valiku all olev funktsionaalne konserveerunud osa inimese ja hiire genoomist 5%:
1.5% kodeeriv ala
3.5% väljaspool kodeerivat ala, mis viitab konserveerumisele ka UTR -des, regioonides, mis kontrollivad geeniekspressiooni, RNA geenides, elementides, mis mõjutavad kromosoomi struktuuri jt.

21. Uuring:
võrreldi inimese 21. kromosoomi ja vastavat süneetilist regiooni hiire genoomis
analüüsimiseks valiti ilma gappideta, 100bp, >70% identsusega järjestused
saadi 3491 blokki, neist 1229 vastasid teadaolevatele eksonitele ja pseudogeenidele.
2262 -l konserveerunud blokil ei olnud aga teadaolevat funktsiooni! Üksteisega võrdlemisel ei näidanud nad üles mingisugust sarnasust, seega välistada võis nende klassifitseermise korduste või üle genoomi laialt levivate strukturaalsete elementide hulka.

22. Kas tegu on transkribeeritavate aladega?
GrailEXP
GenomeScan
human EST
mouse EST
QRNA
microarray

23. Kontrollimaks, kas tegu on juhusliku G/C kõikumisega ehk juhusliku konserveerumisega, kaasati uuringusse outgrupp küülik, kes on hiirest ja inimesest võrdsel evol. kaugusel.
Pooled piirkonnad olid piisavalt konserveerunud, et neid PCR -ga üles amplifitseerida. Need piirkonnad olid ka küülik- hiir küülik- inimene võrdluses konserveerunud.
Kolmas kontroll toimus arvestades fakti, et kodeerivas järjestuses on enamus nukleotiidseid asendusi sünonüümsed, leides aset 3. koodoni positsioonis. Järgnev joonis näitab, et teadmata funktsiooniga konserveerunud blokkidel sellist kolmest perioodilisust ei ilmnenud.

25. Kokkuvõte
Hiire genoomi järjestus on võtmevahendiks arusaamaks inimese genoomist.
Aga miks kasutatakse võrdlevas genoomikas just hiire genoomi?
Esiteks, meil on olemas tema järjestus. Teiseks, on hiired inimese genoomi uurimiseks parimad mudelobjektid tänu oma kasvukiiruse ja madalate ülalpidamiskuludele. Kolmandaks, biomeditsiinilist arengut kiirendab hiire ja inimese patoloogiliste mehhanismide väga suur sarnasus.
Loomulikult aga on tulemused seda paremad, mida rohkemate organismidega me võrdlevat genoomikat teeme. Selleks on vajalik järjestus.

26. Võrdlev genoomika põhineb arusaamisel, kuidas erinevad genoomi osad evolutsiooni käigus muutuvad. Eesmärgiks on identifitseerida konserveerunud järjestused.
Eksisteerib pöördvõrdeline seos genoomi piirkonna funktsionaalsuse ja evolveerumise kiiruse vahel: mida funktsionaalsem, seda aeglasemini evolveerud ehk seda enam konserveerunud.
Võrdlev genoomika on avastanud aga palju konserveerunud alasid, mis ei oma seni teatud funktsiooni. Seda probleemi peavad aitama lahendada ka bioinformaatilised vahendid!

27. Kasutasin: viited www.nature.com/nature/
artiklid
“ Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome” &
“Numerous potentially functional but non-genic conserved sequences on human chromosome 21”
/mouse