Mit SCOPE potenzieller regulatorischer Motive in Coregulated Gene zu identifizieren

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, potenzielle regulatorische Signale in Gruppen ko-regulierter Gene zu identifizieren und weitere Gene zu finden, die funktionell zu dieser Gruppe gehören könnten. Dies wird erreicht, indem eine Liste von Kandidatengenen oder Sequenzen dem SCOPE-Algorithmus übermittelt wird. Im zweiten Schritt werden die Analyseergebnisse untersucht, um Motive mit hohen Bewertungswerten zu identifizieren.

Ein oder mehrere Motive werden zur weiteren Untersuchung ausgewählt. Anschließend werden die zusätzlichen Gene, die durch SCOPE für ein bestimmtes Motiv identifiziert wurden, mit dem ursprünglichen Gensatz kombiniert und erneut SCOPE zur weiteren Analyse übermittelt, um Ergebnisse zu erhalten, die Motivmuster im neuen, vergrößerten Gensatz zeigen. Diese Muster dienen dazu, die ursprüngliche Motividentifizierung zu bestätigen und zusätzliche Gene vorzuschlagen, die im Hinblick auf eine koordinierte Regulation mit den ursprünglich an SCOPE übermittelten Genen einer weiteren biologischen Untersuchung unterzogen werden könnten.

Der Hauptvorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass scope im Gegensatz zu anderen Motif-Findern einen Ensemble-Ansatz verwendet, der aus mehreren verschiedenen Algorithmen besteht, von denen jeder speziell dafür konzipiert wurde, eine bestimmte Art von Motiv zu finden. Außerdem verlangt scope nicht, dass der Nutzer unbekannte Informationen wie die Länge des Motivs oder die erwartete Anzahl der Vorkommen des Motivs angibt. Die Benutzeroberfläche ist äußerst einfach und erfordert keine Fachkenntnisse im Bereich der Identifizierung regulatorischer Sequenzen.

Daher kann der Anwender die Analyse auf sehr einfache und unkomplizierte Weise durchführen. Die Ausgabe von Scope ist stark grafisch geprägt, was bedeutet, dass es sehr intuitiv ist, Muster zu erkennen und Motive zu identifizieren, die für Sie von Interesse sind. Bereiten Sie zunächst eine Liste mit Namen von Genen vor, die möglicherweise ko-reguliert sind.

Speichern Sie die Liste zur Analyse mithilfe von Scope als Textdatei oder kopieren Sie sie in die Zwischenablage, um sie später in Scope einzufügen. Die Datei sollte pro Zeile einen Gen-Namen enthalten, ohne zusätzliche Informationen. Starten Sie den Webbrowser und stellen Sie eine Verbindung zu der hier angegebenen URL her.

Die Informationen, die Scope zur Durchführung der Analyse benötigt, können eingegeben werden. Wählen Sie über das Popup-Menü „Species“ die zu untersuchende Spezies aus. Es ist wichtig, die korrekte Spezies auszuwählen, da Scope auf das Genom verweist, um Hintergrundhäufigkeiten des Vorkommens zu berechnen.

Für jedes Kandidatenmotiv wird die upstreamliegende Sequenz untersucht. Über Optionsfelder kann zwischen intergenischer Region oder fester Länge gewählt werden. Bei Auswahl von „intergenisch“ wird die gesamte Sequenz zwischen dem Gen der Interesse und dem vorhergehenden Gen analysiert, während bei fester Länge genau diese Anzahl an Nukleotiden upstream vom Beginn des aktuellen Gens betrachtet wird.

Als Nächstes geben Sie dem Programm „Scope“ über die Eingabe einer Genliste oder durch Einfügen einer Sequenz in das Textfeld für die Genliste oder durch Klicken auf die Schaltfläche „Datei auswählen“ an, welchen Gensatz analysiert werden soll. Im Abschnitt „Ergebnisse müssen enthalten“ kann ein Motiv angegeben werden, das „Scope“ in die Analyse einbeziehen soll, was nützlich ist, wenn nach einem bestimmten Motiv gesucht wird. Der letzte Abschnitt auf der Seite dient der Eingabe einer E-Mail-Adresse und eines Kommentars, die zusammen mit der Analyse gespeichert werden sollen.

Wenn dies im Suchbereich ausgefüllt ist, wird eine E-Mail mit einem Link zurück zur Webseite mit den Ergebnissen gesendet. Nachdem nun die Suchparameter beschrieben wurden, wird die Schaltfläche „Beispielsuche“ verwendet, um zu demonstrieren, wie das Suchprogramm ausgeführt wird. Durch Drücken dieser Schaltfläche werden automatisch alle notwendigen Informationen ausgefüllt, die zuvor für eine manuelle Ausführung beschrieben wurden.

Drei Gene werden automatisch eingetragen, und die entsprechenden Auswahlmöglichkeiten werden für die anderen Felder getroffen. Diese drei Gene sind an der Telomererhaltung über Rekombination in croce visier beteiligt. Wenn die Option zusätzliche Gene aktiviert bleibt, weist dies Scope an, das Genom zu durchsuchen und alle weiteren Gene zu identifizieren, die dieses upstream Motiv aufweisen, wodurch eine Erhöhung der Motivbewertung erzielt wird, wenn sie dem ursprünglichen Gensatz hinzugefügt werden.

Starten Sie abschließend die Analyse, indem Sie am unteren Seitenrand den Schaltknopf „Run Scope“ betätigen. Nach Durchführung der Analyse erscheinen die Ergebnisse auf dem Bildschirm. Oben auf der Seite befindet sich eine Tabelle mit Informationen zu den mithilfe von Scope gefundenen Motiven.

Die erste Spalte enthält eine Liste der gefundenen Motive, und kleine farbige Quadrate dienen als Legende für die unten dargestellte grafische Motivkarte. Die Anzeige eines bestimmten Motivs kann durch Anklicken des farbigen Feldes ein- oder ausgeschaltet werden. Weitere Datenspalten umfassen die Anzahl der Vorkommen des Motivs in der gesamten Genmenge, den sig-Wert, der die Signifikanz der Motivabdeckung angibt, den Anteil der übermittelten Gene, die mindestens eine Instanz dieses Motivs enthalten, sowie den Algorithmus, der angibt, welcher der drei SCOPE-Komponentenalgorithmen zur Detektion des Motivs verwendet wurde.

Wenn der Benutzer auf eines der aufgeführten Motive klickt, gelangt er auf eine Seite mit detaillierten Informationen zu diesem Motiv. Auf dieser Seite wird das Motiv auf drei Arten dargestellt: als Sequenzlogo, als Positions-Gewichtungs-Matrix und als Liste aller Motivinstanzen mit ihren Positionen, Strängen und Genen.

Weitere Informationen zu den Ergebnissen der Suche nach anderen Genen, die dieses Motiv enthalten, finden sich weiter unten auf der Seite. In diesem Fall wurden 65 weitere Gene identifiziert, die das Motiv enthielten und deren Hinzufügen zum ursprünglichen Gen-Set den SIG-Wert verbesserte. Durch Klicken auf „Add-Check-Genes to search“ gelangen Sie zur Seite zur Konfiguration des Suchbereichs.

Mit diesen Genen, die dem ursprünglichen Gensatz hinzugefügt wurden, und dem Parameter-Satz, der wie zuvor anhand dieses Beispiels festgelegt wurde, werden 10 zusätzliche Gene zu den ursprünglichen drei hinzugefügt. Die Ergebnisse der Scope-Analyse der zusätzlichen Gene für dieses Motiv werden hier gezeigt. Die ursprünglichen drei Gene befinden sich unten in den Ergebnissen.

Die Betrachtung des Musterverlaufs der Motive im upstream-gelegenen Bereich dieser zusätzlichen Gene zeigt deutlich, dass sie ähnlich sind. Das ursprüngliche Motiv ist nun das Motiv mit der höchsten Bewertung in dem hier dargestellten Satz, das ein zusätzliches Analyseergebnis einer anderen Gruppe von Genen darstellt, die an der Ribosomenbiogenese beteiligt sind. Deutlich erkennbar ist ein Muster aus zwei Motiven, das sich bei den meisten der untersuchten Gene beobachten lässt.

Die grafische Ausgabe von scope macht es dem Benutzer sehr leicht, diese Art von Mustern zu erkennen. Im Gegensatz zu vielen anderen Motif-Findern muss der Benutzer bei scope nicht raten, wie lang das Motiv sein soll oder nach welchen Arten von Motiven das Programm suchen sollte. Egal, ob Sie ein Experte oder Anfänger sind: scope bietet stets dieselbe Benutzeroberfläche und liefert für Sie dieselben Ergebnisse.

Außerdem liefert die Fähigkeit von SCOPE, andere Gene zu finden, die möglicherweise gemeinsam mit Ihrem ursprünglichen Gen-Satz reguliert werden, neue Ansatzpunkte für biologische Experimente. Der Ensemble-Ansatz bedeutet in der Regel, dass SCOPE die aussagekräftigsten Ergebnisse liefert und dies oft deutlich genauer als andere Motiv-Suchprogramme. Vergessen Sie jedoch nicht, dass Sie als Lebenswissenschaftler letztlich die Ergebnisse interpretieren müssen.

Unabhängig davon, was der Computer anzeigt, müssen die Ergebnisse im Hinblick auf den biologischen Kontext sinnvoll sein.