Bioinformatica Pictar – miRanda - TargetScan – miRiam Dr. Giuseppe Pigola – pigola@dmi.unict.it

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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