La problématique. Séquences fonctionnelles. Illustration. 1. Production des alignements. BIF7001 (Hiver 2005)

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1 La problématique Étant donnée un enemble de LONGUES équence d DN (pluieur million de bae conécutive ur un même chromoome chez PLUSIEURS epèce, alignée Séquence fonctionnelle BIF7001 (Hiver 2005 repérer le egment uffiamment conervé pour indiquer une poible preion fonctionnelle ur ce egment : MCS (multipecie conerved equence Problème : aligner de long egment d DN meurer la conervation d un egment déterminer la iginicativité d une meure de conervation 1. Production de alignement Illutration Séquence de l humain et 11 autre vertébré. 2 primate (chimpanzé, babouin, 2 carnivore (chat, chien, 2 artiodactyl (vache, cochon, 2 roongeur (ouri, rat, 1 oieau (poulet, 2 poion (fugu, tetraodon lignement de région orthologue à une région de 1.8-Mb chromoome 7q31 du génome humain (contenant un gène impliqué dan la fibroae cytique. Margulie et al. Genome Reearch 13: , lignement de chacune de 11 équence nonhumaine avec la équence humaine (équence de référence avec BlatZ. Combinaion de ce 11 alignement en un eul MP (Multi-Pairwie lignment en upprimant le gap du génome humain. Validation : 99% de motif détecté par FootPrinter ont correctement aligné. nnotation et uppreion avec Repeat-maker de ncetral Repeat (relique de tranpoon Réultat : un alignement multiple de 12 équence.

2 2. nalye de la conervation d une poition 1. Étant donnée une poition de cet alignement (bae du génome humain, lui aocier une valeur numérique meurant a conervation dan l alignement de 12 équence. Deux méthode : nalytique ( binomial method Combinatoire ( parimony method 2. Etimer la ignificativité de ce core : Prendre en compte l échantillonage taxonomique, qui doit être uffiamment diperé pour permettre de ditinguer la conervation due à une preion fonctionnelle. Comparer à un taux d évolution neutre Bae : une fenêtre de taille 25 parcourt chacune de 11 équence non humaine alignée. CGGCTG CTGCTGGGT CGCTGG CTGCTGGGT Pour la équence ( allant de 1 à 11 : N nombre de bae alignée avec une bae de l humain dan la fenêtre K nombre de bae matchant la bae de la équence humaine K/N = core de conervation aocié à cette fenêtre. p probabilité de ubtitution elon un modèle neutre pour l epèce (modèle non encore défini: probabilité, i on prend une bae non fonctionnelle (ayant donc évolué elon le modèle neutre que l on oberve la même bae C( probabilité cumulée (binomiale d oberver au moin K match dan un alignement de N bae : N ' N $ k( N! C( = (% " p k 1! p k = K& k # On dipoe donc, pour la fenêtre courante de C(, à avoir la probabilité d oberver au moin K match dan un alignement de N bae. On définit un core aocié à l epèce en fonction de C( : $ 0 if! = #% log( C(! " log(1 % C( N = 0 if K & p N otherwie Pour obtenir le core aocié à la fenêtre courante, on le pondère elon la tructure groière de l arbre de phylogénie de 12 epèce prie en compte S Bin ( i = chicken 1/ 5 ( 0.5 ( ( fugu chimpanzee + + tetraodon baboon Score > 0 = région plu conervée qu attendu elon un modèle neutre Score < 0 = région moin conervée qu attendu elon un modèle neutre Le équence conervée avec de epèce divergente (plu fort taux de ubtitution neutre ont un core plu élevé ( dog + cat ( cow + pig Score aocié à une bae du génome humain : maximum de 25 core de 25 fenêtre qui ont couvert cette bae. Choix d un euil indiquant qu une bae et uffiamment conervée pour uggérer une preion fonctionnelle : baé ur l obervation qu à peu prè 5% du génome humain et fonctionnel. Modèle neutre : analye de troiième nucléotide de codon indépendant de leur 3ème bae.

3 lgorithme 2 : parcimonie Principe : 1. Pour une bae i, P(i, et défini comme le nombre minimum de ubtitution néceaire le long de branche de l arbre phylogénétique de 12 epèce 2. Remarque. C et le problème claique d étiquetage parcimonieux d un arbre phylogénétique vu en début de eion. C 2 mutation C (humain C (chimp. G (ouri (chat (chien 3. Une P-value et aociée à cette valeur P(i meurant la urprie d oberver un tel core de parcimonie dan un modèle neutre. lgorithme 2 : parimonie Modèle neutre d évolution : 1. On connaît l arbre phylogénétique et la longueur de e branche. 2. On choiit un modèle probabilite d évolution : ici le modèle HKY (Haegawa, Kaami, Young - vu en cour dan le chapitre ur le méthode de maximum de vraiemblance en phylogénie - couplé à la ditribution! de nucléotide donnée par l alignement. 3. On imule l évolution d une bae elon ce modèle (arbre+hky et on note, pour un ommet u de l arbre, Z(u, la variable aléatoire repréentant le core de parimonie pour le ou-arbre de racine u. 4. Pr[Z(r! P(] et alor la probabilité que le core de parcimonie obervé et moin bon que celui généré par le modèle neutre. Calcul de cette probabilité : programmation dynamique. Une probabilité faible indique une preion fonctionnelle. lgorithme 2 : parimonie Interection. Score final aocié à une bae i baé ur le 24 bae voiine: SPar ( i = "! log( Pr[ Z( r # P( ] = i" 12.. i+ 12 Score baé ur un arbre phylogénétique complet (différent de la méthode binomiale. Pa de équence de référence (autre différence importante. Finalement, une bae du génome humain et conidérée comme appartenant à une MCS i elle et au-deu de euil choii pour le deux méthode. Cela donne : bae eulement binomiale bae eulement parcimonieue bae binomiale et parcimonieue

4 Survol de réultat. Survol de réultat. Survol de réultat. Survol de réultat.

5 Survol de réultat. Quelque remarque : 1. Unicité de MCS : 99.6% n ont aucun autre match dan le génome humain MCS peuvent e replier en une tructure econdaire ignificative, dont 12 dan de UTR et 28 à au plu 2kb de équence trancrite (épiage 3. Le équence du chimpanzé et du inge ne ont d aucune utilité pour la détection de MCS et aucune epèce n et uffiante pour détecter tou le MCS. Concluion. L analye de la conervation de équence d ND et un outil fondamental dan la compréhenion de environ 4% du génome humain qui ont ou preion fonctionnelle an être de gène codant. Le méthode exitante ont baée ur troi apect : 1. Obtention d alignement long fiable (MultiPipmaker, MUVE, MultiLagan, MVID 2. Meure de la conervation prenant en compte la phylogénie 3. Définition d un modèle neutre d évolution utre méthode : phylo-hmm, CSTMiner, Information centrale dan le brower du type VIST, UCSC, Enembl,