中国人民解放军陆军军医大学（第三军医大学）：研究生《生命科学综合》核心课程PPT教学课件_04 生物信息学在生物医学研究中的应用 Introduction to Bioinformatics

生物信息学及其在生物医学中的应用 Introduction to Bioinformatics 邹凌云副教授 College of Basic Medical Sciences, TMMU E-mail:lingyunzou@gmail.com Ce15023108658:Tel:771932 http://bioinfo.tmmu.edu.cn

生物信息学及其在生物医学中的应用 Introduction to Bioinformatics 邹凌云 副教授 College of Basic Medical Sciences, TMMU E-mail: lingyun.zou@gmail.com Cell: 15023108658; Tel: 771932 http://bioinfo.tmmu.edu.cn

Recommended books 口《生物信息学》(第二版),李霞 主编,人民卫生出版社,2015, 生物信息学 卫生部规划教材 EDUCAI 《生物信息学与功能基因组学》, 孙之荣主译,化学工业出版社, 国外优开科技著作出版专项基金资助 2006 生物信息学与 功能基因组学 BIOINFORMaTIES and FRCTIDENL GENOMIC Chemical Industry Press ·, Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU

Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU Recommended books  《生物信息学》(第二版)，李霞 主编，人民卫生出版社，2015， 卫生部规划教材  《生物信息学与功能基因组学》， 孙之荣 主译，化学工业出版社， 2006

Interesting books 1. Bioinformatics: Tools and applications D Author: Edwards, David, Stajich, Jason, Hansen, David Bioinformatics Publisher: Springer D Publication date: Sep 2009 springer 2. Understanding bioinformatics D Author: Marketa Zvelebil D Publisher: Taylor Francis Group D Publication date: 2007 understonding bioinformatics Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU

Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU Interesting books 1. Bioinformatics: Tools and Applications  Author: Edwards, David, Stajich, Jason, Hansen, David  Publisher : Springer  Publication date : Sep, 2009 2. Understanding Bioinformatics  Author: Marketa Zvelebil  Publisher: Taylor & Francis Group  Publication date : 2007

Online resources 口美国国立生物技术信息中心 tehttp://www.ncbi.nim.nihgov/ B Oxford Bioinformatics(Journal) tohttp://bioinformatics.oxfordiournals.org D PLOS Computational Biology(Journal thttp://www.ploscompbiol.org D EXPASY Bioinformatics Resource portal 9http:// expasy.org D European Bioinformatics Institute Ho3 hi ttp://www.ebi.ac.uk Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU

Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU Online Resources  美国国立生物技术信息中心：  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/  Oxford Bioinformatics (Journal)  http://bioinformatics.oxfordjournals.org/  PLOS Computational Biology (Journal)  http://www.ploscompbiol.org/  EXPASY:Bioinformatics Resource Portal  http://expasy.org/  European Bioinformatics Institute  http://www.ebi.ac.uk/

什么是生物信息学? from an example

什么是生物信息学？ ---- from an example

Bioinformatics for disease ●脊髓小脑性共济失调( spinocerebellar ataxias): 常染色体隐性遗传病 QQ园 Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU

Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU Bioinformatics for disease ⚫ 脊髓小脑性共济失调(spinocerebellar ataxias): 常染色体隐性遗传病

Bioinformatics for disease BRAIN A JOURNAL OF NEUROLOGY TGM6 identified as a novel causative gene of spinocerebellar ataxlas using exome sequencing Table 3 Direct identification of the causal gene for Family CS by exome sequencing Filter mple lIt Sample l: Sample l: 17 Sample MV: 1 Sample Sample Sample (whole/locus) (whole/locus) (whole/locus) (whole/locus) (: 6+1: 7) (: 6+L: 7+ll: 17) (IL: 6+ 1: 7+llL:17+I:1)affected (whole/locus) (whole/locus) (whole/locus (whole/locus) NS/SS/ndel 579634564905780/40 5842/37 309926 2443/20 3736396426-30 Not in dbSNP 129 8696 734/9 9318 134/3 68/2 07-2883-5 Not in dbSNP 129, nor in eight 616/6 5206 674/7 661/7 155/3 43B3 15/2 87-155/34 HapMap exomes Not in dbSNP 129, eight 341/6 75/1 48-101/1 dbsNP thousands genome Predicted to be damaging 211/1 03/1 214/1 212 36-52/1 Rows show the effect of excluding from consideration variants found in dbSNP129, the eight Hapi ap eames, the dsP 1000 genomes or all Co umrs show the effect of requiring that NS/SS/nde variants be observed in each affectedindividual Coumns 2-5)or two to four affected individuals( Coumns 6-8). Co'umm9 provide ranges of observatons that occur when all possbepermutations of two affected individuals sampe ll: 6, lE 7, ll:17. M:1)are used. (Whole/ocus: indicate NS/SS/Indel variants be observed n whole exome or in Locs region by linkage analysis Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU

Genomics and Bioinformatics, 2015 TMMU Bioinformatics for disease

研究价值 小脑共济失调是一种常染色体显性遗传的神经系统疾病,疾病临床常 表现为运动失调。本研究发现了小脑共济失调家族SCA23亚型新的致病基 因TGλ6。该基因的发现,对今后阐明小脑共济失调发病机制、遗传诊断 和新药研发具有重要的科学和应用价值。 ●方法与结果 对患有小脑共济失调的同一家系4个患者进行了全外显子组测序(平均 测序深度65.1×),在每个患者的外显子区域平均检测到约5800个潜在影 响基因功能的变异,包括NS(非同义突变)、SS(剪切位点突变)和 InDel(插入缺失突变),其中包含了大量的罕见变异。 筛选流程( bioinformatics application): 1)过滤掉同义突变等不影响基因功能的突变,只保留非同义突变、剪切位 点突变、插入缺失等影响基因功能的突变; 2)过滤掉公共遗传突变数据库( dbsnP等)正常人携带的常见突变、已发表 的正常对照个体的突变; 3)根据软件对突变进行功能预测,获得对功能有影响的候选基因和突变位 点 4)最后在所有患病个体的候选基因和突变位点集合中取交集

⚫ 研究价值 小脑共济失调是一种常染色体显性遗传的神经系统疾病，疾病临床常 表现为运动失调。本研究发现了小脑共济失调家族SCA23亚型新的致病基 因TGM6。该基因的发现，对今后阐明小脑共济失调发病机制、遗传诊断 和新药研发具有重要的科学和应用价值。 ⚫ 方法与结果： 对患有小脑共济失调的同一家系4个患者进行了全外显子组测序（平均 测序深度65.1×），在每个患者的外显子区域平均检测到约5800个潜在影 响基因功能的变异，包括NS（非同义突变）、SS（剪切位点突变）和 InDel（插入缺失突变），其中包含了大量的罕见变异。 ⚫ 筛选流程（bioinformatics application）： 1）过滤掉同义突变等不影响基因功能的突变，只保留非同义突变、剪切位 点突变、插入缺失等影响基因功能的突变； 2）过滤掉公共遗传突变数据库(dbSNP等)正常人携带的常见突变、已发表 的正常对照个体的突变； 3）根据软件对突变进行功能预测，获得对功能有影响的候选基因和突变位 点； 4）最后在所有患病个体的候选基因和突变位点集合中取交集

L517w L517W HomoDLRLAL CLANLTSRAO Pan DLRLAL CLANL TSRAO DLKLALCLTSLTSRAC一多序列比对 Mus DLKLAL CLTNL TARAO RathusDLKLALCLTNLTTRAQ Canis DLRLAL CLANL TSRAO gallus DILLTLALONLTTDFK wI D327G D327G Homo RTLED MWN F HVW Pan RTLEDL TEDSMNLHVor BOs RTLEDL TEDSMWNF HVW Mus RTLEDL TEDSMWNF HVr Raths RTLEDL T F HVW Canis RTLEDL T HVW I gallus KTLD-LTEDS IWNFHVW - H SNRPR 517W 基因结构分析 Transglut N Transglut core Transglut C active srte 253-357 495600607-704

多序列比对 基因结构分析

Nat Genet.2010 January:42(1):30-35.doi:10.1038/ng.499 Exome sequencing identifies the cause of a Mendelian disorder Kar EXome sequencing identifies NMNAT1 mutations as borahdor2 Sal K Tabe Nic a cause of Leber congenital amaurosis Pei-Wen Ch Exome sequencing identifies MLL2 mutations as a Megan Day, cause of Kabuki syndrome Gabriel, Peik Sarah B Ng A! Exome sequencing identifies recurrent somatic Affiliations I Gildersleeve RAC1 mutations in melanoma Emily H turne Nature Gene Tohru Ohta Nd Michael Krauthammer Yong Kong Byung Hak Ha Perry Evans Antonella Bacchiocchi James Received 05 P McCusker Elaine Cheng Matthew J Davis Gerald Goh Murim Choi Stephan Ariyan Deepak Affiliations &Narayan Ken Dutton-Regester Ana Capatana Edna C Holman Marcus Bosenberg Mario Sznol 3)进 Harriet M Kluger Douglas E Brash David F Stern Miguel A Materin Roger S Lo Shrikant Mane 因上同 Nature Genetic Shuangge Ma Kenneth K Kidd Nicholas K Hayward Richard P Lifton Joseph Schlessinger Received 28 A Titus J Boggon Ruth Halaban Affiliations Contributions I Corresponding author Nature Genetics441006-1014(2012)|doi:10.1038/ng2359 Received 13 March 2012 I Accepted 28 June 2012 I Published online 29 July 2012

1) 研究人员选择了来自三个独立家系的四名米勒综合症（Miller syndrome； 常染色体隐性遗传单基因病）患者，进行外显子测序； 2) 通过与公共SNP数据库和8个来自HapMap的个体外显子数据相比较，4个 患者都同时含有2个先前未知的变异，这2个变异同时位于一个候选基因 DHODH上，该基因编码一个嘧啶从头合成途径中的关键酶蛋白； 3) 进一步在其它3个米勒综合症的家系中进行验证，发现患者的DHODH基 因上同样存在这个突变