שימוש במאגרים ותוכנות רבות של ביואינפורמטיקה לחקר מקיף על הגן ATM אשר פגם בו גורם לתסמונת ה-Ataxia Telangiectasia עבודה מעולה

מוסד לימוד
מקצוע
מילות מפתח , ,
שנת הגשה 2009
מספר מקורות 3

תקציר העבודה

1 .תקציר Ataxia Telangiectasia- מחלה גנטית אוטוזומלית וחשוכת מרפא. נגרמת כתוצאה מפגם באנזים ATM , אנזים גדול מאוד המורכב מ-3056 חומצות אמינו ומצוי בעיקר בציטופלסמת התא.
תפקידו  לשפעל חלבונים שתפקידם לטפל בנזקי DNA. חלבון זה מקודד ע"י גן המצוי על כרומוזום 11.באמצעות שיטות עימוד לרצפים רבים התגלו אזורים שמורים מבחינה אבולוציונית בחלבון החיוניים לפעילותו הביולוגית. נבחרו פריימרים להגברת מקטע גנטי המקודד לדומיין PI3K/PI4K המבצע את תהליך הפוספורילציה ועל כן בעל החשיבות הגדולה ביותר לתפקוד החלבון.

2 .מבוא
תסמונתAtaxia Telangiectasia  (AT) זוהי מחלה תורשתית רצסיבית אוטוזומלית קשה ביותר. מדובר במחלת ילדים ניוונית נדירה המשפיעה על מספר מערכות שונות בגוף בעיקר מערכת העצבים ומערכת החיסון.
סימן זיהוי מובהק של המחלה הוא אדמומיות מוגברת של העין הנגרמת כתוצאה מהתרחבות כלי הדם סביב לובן העין  ( telangiectasia).
מאפיינים נוספים של המחלה הם:
רגישות יתר לקרינה, זיהומים,דלקות ונטייה מוגברת לפיתוח סרטן (פי אלף יותר מאדם בריא) כתוצאה מכשל חיסוני,ועקרות.
הסימפטומים הראשוניים של המחלה מופיעים בד"כ בשנה השנייה לחיי הוולד-ניוון של המוח הקטן הגורם לתופעות הבאות: איבוד שיווי משקל, פגיעה בקואורדינציה ואי שליטה על מערכת העצבים הרצונית ((ataxia.
עם התבגרות הלוקה בתסמונת מצבו הבריאותי מחמיר ולרוב מגיע לנכות כבר בסוף העשור הראשון לחייו.[1].
המחלה נגרמת ע"י מוטציה בגן הנקרא ATM הנמצא על כרומוזום מס' 11 בבני אדם ומקודד חלבון שנקרא גם כן ATM . חלבון זה גדול במיוחד  ( KDa350) ונמצא בציטופלסמה  במצב לא פעיל בצורת דימר או טטראמר. תפקיד חלבון זה לבצע פוספורילציה/דה-פוספורילציה בעזרת מולקולות ATP למגוון חלבונים נוקלאריים וזאת הוא מבצע לאחר כניסה לגרעין התא, לאחר שעבר שיפעול והתפרק לצורת מונומר.
כאשר יש נזקי DNA בתא כתוצאה מפגיעה בכרומוזום החלבון חודר את ממבראנת הגרעין ומזרחן את החלבונים P53 ו-BRCA1 ובכך מביא לפעולתם.
P53
חלבון שבעקיפין גורם לעצירת חלוקת תא ומעודד את התא להיכנס לתהליך של אפופטוזיס. ואילו BRCA1 הוא חלבון אשר מתקן נזקי DNA.[2] [3].
                                                תמונה מס' 1 : תיאור פעולתו של החלבון ATM בעת נזקי DNA בישראל המחלה זוהתה בראשיתה במשפחות ממוצא מרוקאי, אבל כיום ידועים גם מקרים במשפחות בדואיות, דרוזיות ורוסיות.
מוערכים בארץ אלפי נשאים של מחלת ה-AT אחד מכל מאה בני אדם באוכלוסייה הכללית בממוצע , הינו נשא של הפגם הגנטי הגורם למחלה.
למרות ההתקדמות הרבה בהבנת המנגנון המולקולארי עד כה אין טיפול יעיל בחולים.[1]                                               
3 .מקורות מידע:
:GenBank-NCBI מאגר המכיל רצפי DNA רבים שמקורם ממגוון רחב של אורגניזמים דרך כרטיס של גן הנמצא באתר ניתן לקבל הפניות למגוון סוגי מידע כגון רצפי mRNA , חלבונים המקודדים ע"י הגן ומחלות הנגרמות כתוצאה ממוטציות של הגן ועוד.
NCBI- EntrezGene: מכיל מידע על גנים- גודלם, סוגי האורגניזמים בהם הם מופיעים, אינטרונים ואקסונים שלהם, מיקומם בכרומוזום וגנים הסמוכים להם. Swiss-Prot: מאגר מידע לרצפי חלבון מאומתים בלבד מכיל פירוט נרחב על החלבון כגון תפקידיו ומאפייניו והפנייה לספרות. Swiss-Prot-Blast: תוכנה למציאת רצפי חלבון דומים לחלבון נתון.
:ClustalW תוכנה להשוואת מספר גדול של רצפי חלבון שבעזרתה ניתן לאתר אזורים שמורים בחלבון, לבנות עצים פילוגנטיים הממחישים את הקרבה האבולוציונית בין החלבונים שנבחרו לעימוד.
TCoffee: תוכנה נוספת להשוואת מספר גדול של רצפי חלבון הנותנת פלט צבעוני וידידותי למשתמש הכולל גם אומדן מספרי של רמת השימור בין החלבונים.
Jalview:
תוכנה זאת מאפשרת להשוות בין הרצף החלבוני הנתון לרצפי חלבון דומים ע"פ שלושה קטגוריות איכות, שימור, וחזרות של חומצה אמינית ספציפית בעמדה מסוימת.
Lalign:
תוכנה זאת מאפשרת לבצע השוואה בין שני רצפים חלבוניים תוך כדי אפשרות לשינוי הפרמטרים של התוכנה.
 Vecscreen: תוכנה זאת מאפשרת לסרוק רצף mRNA נתון, על מנת לבדוק האם הוא מכיל זיהומים ושאריות וקטוריות כתוצאה משיבוטים שנעשו עליו.
: ORFfinder ע"י תוכנה זאת ניתן לזהות מסגרות קריאה של רצף mRNA נתון אשר מקודדות לחלבונים שונים. NEBcutter:
באמצעות תוכנה זאת ניתן לבדוק אילו אנזימי רסטריקציה חותכים את רצף mRNA מסוים, באיזה מיקום הם חותכים את הרצף ומהי צורת החיתוך וע"י כך ניתן לתכנן שימוש באנזימים מסוימים על מנת לחתוך את הרצף המקודד לחלבון בשלמותו.
Primer3: אתר זה מאפשר לתכנן פריימים לביצוע הגברת מקטע DNA ב-PCR לאחר הצבת הנתונים הבאים: נקודת התחלה, אורך מקטע וגודל תוצר ההגברה מתקבל זוג הפריימרים האידאלים לסנתזה ופריימרים אלטרנטיבים. Scanprosite : באתר זה ניתן לחפש דומיינים ומוטיבים מבניים בחלבון נתון ולאחר מכן לחפש חלבונים אחרים שמכילים את אותם דומיינים.
InterProScan : אתר נוסף למציאת דומיינים חלבוניים ומוטיבים מבניים ובנוסף גם מפנה למידע על אותם מוטיבים.
TMHMM: תוכנה המאפשרת לאתר אזורים טרנס ממברנאליים בחלבון. ProtScale: תוכנה המשמשת לאפיון חומצות האמינו המרכיבות את החלבון מבחינת הידרופיליות – הידרופוביות.
Coiled Coil: אתר זה מזהה בחלבון אזורים היוצרים אינטראקציות עם חלבונים אחרים.
PSORT:
תוכנה זאת בודקת את מיקום החלבון הנתון בתא.
OCA: אתר זה מציג תמונה וויזואלית תלת ממדית של מבנה החלבון המבוקש.
NCBI – Genes and Disease: מאגר המספק מידע על מחלות וההיבט הגנטי שלהן, מכיל גם הפניות לגנים המעורבים במחלה הנתונה ולמיקומם על גבי הכרומוזום.  NCBI Map Viewer: אתר הנותן מיפוי גנטי לגנים וכרומוזומים המאפשר גם לאתר כרומוזומים המעורבים במחלה מסוימת, ואת הגנים הספציפיים הגורמים לה.בנוסף ניתן גם לזהות מהן המוטציות שעשויות להיגרם בגן הנתון.
GeneScan: תוכנה זאת מבצעת סקירה של רצף DNA ובנוסף מאתרת את האקסונים שנמצאים בו.

4 .
תוצאות:
Genbank:
השלב הראשון היה חיפוש הגן ATM ב- Genbank התקבלו
1 077 תוצאות ולכן נדרש לצמצמן ע"י הגבלת החיפוש לגנים של אדם, הגבלה זאת הורידה את מספר התוצאות ל-99 הגן המבוקש היה במקום השביעי של הרשימה שהתקבלה מס' הגישה שלו הוא NG_009830 ואורכו 153,268 bp. מתוך מס' הגישה הנ"ל התקבלו רצף DNA (ראה: נספח מס' 1) ורצף mRNA של הגן (ראה:נספח מס' 2).