Molekuláris rátermettség tájképek Kun Ádám

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

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

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.

Legegyszerűbb tájkép rátermettség Fentipusos jelleg

Fuji hegy tájkép rátermettség Fentipusos jelleg

Két csúcs rátermettség Fentipusos jelleg

Mi van ha 3D-t nézünk?

Visszamutáció, rescue mutation  Semleges mutáns  Kritikus hely  Rontó mutáció  Visszaállító

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)

RNS struktúra Neurospora VS ribozim 144 nukleotid hosszú

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

RNS másodlagos szerkezet meghatározás Szekvencia R=r 1, r 2, r 3,..., r n ; ahol r i  {A,C,G,U} Másodlagos szerkezet S = i.j bázispárok rendezett halmaza 1.1  i < j  N 2. j - i>3 3.i.j és k.l bázispárokra (i<k) igaz az egyik: a)i=k és j=l (ugyanaz a bázispár) b)i<j<k<l (egymás után jönnek) c)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

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

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

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

RNS tájképek tulajdonságai I  Körülbelül 2.35 N 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

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

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

RNS tájképek következményei  Az evolválódott ribozimek minden bizonnyal gyakori struktúrák.

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

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 szerkezetben pszeudo-csomó (algoritmus követelménye) Hepatitis Delta Virus kiesik e miatt Neurospora VS Ribozyme, Hairpin, Hammerhead

Neurospora Varkund Satellit Ribozim N = 144 A pozíciók 83/144 (57%) mutálva van, mi összesen 183 mutánst vettünk figyelembe

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

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

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

Ribozimokkal kapcsolatos általános megfigyelések 1.A szerkezet a fontos, nem az egyedi bázispárok 2.A szerkezet kissé változtatható 3.Vannak kritikus helyek 4.A tájkép multiplikatív (lehet hogy van egy gyenge szinergia)

Általános funkcionalitás tájkép Rendeljen minden lehetséges 4 N szekvenciához egy relatív enzimaktivitást I.Kompatibilis szerkezet II.Hibás bázispár III.Kritikus helyek IV. Jósolt struktúra

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  A a szekvenciával kompatibilis struktúrának megfelelő aktivitás.

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

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

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

A tájkép tulajdonságai = 0.26 = 0.22