Bioinformatica Pictar – miRanda - TargetScan – miRiam

1. BioinformaticaPictar – miRanda - TargetScan – miRiam Dr. Giuseppe Pigola – pigola@dmi.unict.it

2. 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. Bioinformatica

3. 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. Bioinformatica

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

5. PicTar - http://pictar.mdc-berlin.de/ • 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. Bioinformatica

6. PicTar - http://pictar.mdc-berlin.de/ • Ricerca per target di un miRNA Bioinformatica

7. PicTar - http://pictar.mdc-berlin.de/ • Ricerca per target di tutti i miRNA (inserendo un gene target) Bioinformatica

8. PicTar - http://pictar.mdc-berlin.de/ • Ricerca per tessuto (bisogna scegliere il DB adatto) Bioinformatica

9. PicTar - http://pictar.mdc-berlin.de/ • 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? Bioinformatica

10. miRanda - http://www.microrna.org Bioinformatica

11. miRanda - http://www.microrna.org • 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; Bioinformatica

12. miRanda - http://www.microrna.org/microrna/home.do • E’ possibile accedere alle predizioni effettuate per uomo, topo e ratto. Bioinformatica

13. miRanda - http://www.microrna.org/microrna/home.do • E’ possibile effettuare la ricerca per miRNA (Es. miR-15a): • E’ possibile effettuare la ricerca per target (Es. Bcl-2): Bioinformatica

14. miRanda - http://www.microrna.org/microrna/home.do • 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: Bioinformatica

15. miRanda - http://www.microrna.org/microrna/home.do • Cerchiamo i miRNA per i quali il gene Bcl-2 è un target predetto: Bioinformatica

16. miRanda - http://www.microrna.org/microrna/home.do • ESERCIZIO • Ricercare tutti i miRNA che hanno per target SOD2 in Homo Sapiens. • Quanti miRNA trovate? • Visualizzare le sequenze dei target. Bioinformatica

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

18. 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; Conservati in molti vertebrati Conservati nella maggior parte dei mammiferi Bioinformatica

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

20. TargetScan - http://www.targetscan.org/ • Table of miRNA sites: Bioinformatica

21. TargetScan - http://www.targetscan.org/ • 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’; Bioinformatica

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

23. TargetScan - http://www.targetscan.org/ • 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? Bioinformatica

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

25. 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 Bioinformatica

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

27. 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; Bioinformatica

28. 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; Bioinformatica