M o lekul áris rátermettség tájképek

1. Molekuláris rátermettség tájképek Kun Ádám

2. Rátermettség tájkép • Minden genotípushoz rendeljünk egy fenotípust • Minden fenotípushoz rendeljünk egy valósz számot, ami a rátermettsége.

3. Molekuláris rátermettség tájkép • Enzimek aktivitása kihat az egyed rátermettségére. • Az enzim aktivitás könnyen mérhető (az egyed rátermettsége nem) • Az enzimek könnyen mutálhatóak és „szaporíthatóak” • Az enzimek fenotípusa a 3D szerkezetük

4. Moran folyamat • Populáció méret állandó. • Átfedő generációk • Halálozás véletlenszerű, szaporodás rátermettségarányos • Rátermettség arányosan kiválasztunk egy egyedet. Ő fog szaporodni. Egy véletlen szerint választott egyed meghal, a helyébe szaporodik.

5. rátermettség Fentipusos jelleg Legegyszerűbb tájkép

6. Fuji hegy tájkép rátermettség Fentipusos jelleg

7. Két csúcs rátermettség Fentipusos jelleg

8. Mi van ha 3D-t nézünk?

9. Visszamutáció, rescue mutation • Semleges mutáns • Kritikus hely • Rontó mutáció • Visszaállító

10. Többszörös mutációk kérdése • Legegyszerűbb feltevés, hogy a hatások függetlenek • A kevés rendelkezésre álló adatból ez nagyjából igaznak vehető. Van egy kis pozitív hatás (azaz a 2. mutáció negatív hatása kisebb, mint várnánk)

11. RNS struktúra Neurospora VS ribozim 144 nukleotid hosszú

12. RNS másodlagos szerkezet • Bázispárok számától függ a szabadenergia. • Dinamikus optimalizáció a bázispárok számának maximalizálására (energia minimalizálására) • A bázispárok energetikáját kísérletesen vizsgálják

13. RNS másodlagos szerkezet meghatározás Szekvencia R=r1, r2, r3, ..., rn; ahol ri{A,C,G,U} Másodlagos szerkezet S = i.j bázispárok rendezett halmaza • 1i< j  N • j - i>3 • i.j és k.l bázispárokra (i<k) igaz az egyik: • i=k és j=l (ugyanaz a bázispár) • i<j<k<l (egymás után jönnek) • i<k<l<j (i.j magába foglalja k.l-t) Keressük a legalacsonyabb energiájú (vagy ahhoz közeli) szerkezetet, feltehetően ez a másodlagos szerkezete egy RNS molekulának

14. Másodlagos szerkezet energiája A srtruktúra energiája a hurkok energiájától függ Bármely struktúra egyértelműen felbontható m+1 (m a bázispárok száma) hurokra halmozódó bázispár elágazás hajtűkanyar kitüremkedés belső hurok A struktúra energiája, így az egyes hurkok energiájának összege

15. Struktúra a fenotípus • A másolási sebesség, vagy az enzimatikus aktivitás a struktúrától függ. • Egy RNS molekula fenotípusa nem a bázissorrend, hanem a struktúra. • 4N szekvencia lehetséges, mennyi struktúra? • Hogyan határozzuk meg a struktúrát

16. RNS tájképek • Kémiailag és fizikailag megalapozott genotípus-fenotípus térkép • Ilyen máshol még nincs a biológiában

17. RNS tájképek tulajdonságai I • Körülbelül 2.35N struktúra, azaz egy struktúrához több szekvencia tartozik. • Kevés mutáció (1-3) általában nem változtatja meg a struktúrát • Ha van egy kompatibilis szekvenciánk, akkor az átlagosan 7.2 mutációval olyanná alakítható, hogy kívánt MFE struktúrája legyen

18. RNS tájképek tulajdonságai II Mesterkópia: Azonos struktúra Azonos fitness AUCGUCUGUCGGCGAU Mutáns: GCAUGACUCAUUAUGC • Semleges utak a tájképen • Az utak 21.7%-a perkolál

19. RNS tájképek tulajdonságai III • Vannak gyakoribb struktúrák • A szekvenciák zöme gyakori struktúrát vesz fel (evolválódott ribozimek minden bizonnyal gyakoriak) • A struktúrák zömét csekély számú szekvencia veszi fel • Minden szekvencia körüli kb. 20 mutációval elérhető gömbön belül minden gyakori struktúra elérhető

20. RNS tájképek következményei • Az evolválódott ribozimek minden bizonnyal gyakori struktúrák.

21. Ribozimok rátermettség tájképe • A rátermettség tájkép kísérletes adatokra épül • Rátermettség tájképek általános szerkezetének vizsgálata • Feltételezzük, hogy az enzimaktivitás arányos a rátermettséggel (protosejt)

22. Mely ribozimok jöhetnek szóba? 1. Jól karakterizált Csak a természetes ribozimok teljesítik ezt a kritériumot 2. Nem túl hosszú(praktikus ok) Az I-es és II-es csoportbeli intronok kiesnek 3. Nem lehet a transz ható enzim szerkezetbenpszeudo-csomó(algoritmus követelménye) Hepatitis Delta Virus kiesik e miatt Neurospora VS Ribozyme, Hairpin, Hammerhead

23. Neurospora Varkund Satellit Ribozim N = 144 A pozíciók 83/144 (57%) mutálva van, mi összesen183 mutánst vettünk figyelembe

24. VS Ribozim: mutációs kísérletek 144 nukleotidból 87-en végeztek mutációs kísérletet Összesen 183 mutánst vizsgáltak

25. VS Ribozim Elágazások fontosak Aktív hely Hossz nem fontos Hossz nem fontos Kitüremkedés nem lehet a másik száron, de törölhető Szubsztrát kötés

26. Hairpin Ribozyme N = 50 A pozíciók 39/50 (78%) mutálva van, összesen 142 mutáns vettünk figyelembe

27. Ribozimokkal kapcsolatos általános megfigyelések • A szerkezet a fontos, nem az egyedi bázispárok • A szerkezet kissé változtatható • Vannak kritikus helyek • A tájkép multiplikatív(lehet hogy van egy gyenge szinergia)

28. Általános funkcionalitás tájkép Rendeljen minden lehetséges 4Nszekvenciához egy relatív enzimaktivitást • Kompatibilis szerkezet • Hibás bázispár • Kritikus helyek • Jósolt struktúra

29. I. Kompatibilis szerkezet • A célstruktúrának megfelelő bázis-párok mindegyike – legtöbbje – ki tud-e alakulni? • Néhány hibás pár (rosszul párosított bázispár) megengedhető, de • Nem lehet kettő ilyen egymás mellett • Nem lehet egy régióban kettőnél több • Aa szekvenciával kompatibilis struktúrának megfelelő aktivitás.

30. II. Hibás bázispárok • Minden megengedett hibás bázis-pár csökkenti az aktivitást • Az elhelyezkedésüktől függően más hatásuk lehet az egyes hibás pároknak

31. III. Kritikus helyek • Minden lehetséges nukleotidhoz rendelünk aktivitást ezeken a helyeken.

32. IV. Jósolt szerkezet • A 2D szerkezet meghatározása.(Vienna RNA Package) • Elfogadjuk, ha a célszerkezetbe tekeredik. • A MFE nem biztos, hogy a kísérletesen meghatározott másodlagos szerkezet

33. A tájkép tulajdonságai l = 0.22 l = 0.26