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1.
Genome Res ; 22(7): 1334-49, 2012 Jul.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-22456606

RESUMO

Gaining insights on gene regulation from large-scale functional data sets is a grand challenge in systems biology. In this article, we develop and apply methods for transcriptional regulatory network inference from diverse functional genomics data sets and demonstrate their value for gene function and gene expression prediction. We formulate the network inference problem in a machine-learning framework and use both supervised and unsupervised methods to predict regulatory edges by integrating transcription factor (TF) binding, evolutionarily conserved sequence motifs, gene expression, and chromatin modification data sets as input features. Applying these methods to Drosophila melanogaster, we predict ∼300,000 regulatory edges in a network of ∼600 TFs and 12,000 target genes. We validate our predictions using known regulatory interactions, gene functional annotations, tissue-specific expression, protein-protein interactions, and three-dimensional maps of chromosome conformation. We use the inferred network to identify putative functions for hundreds of previously uncharacterized genes, including many in nervous system development, which are independently confirmed based on their tissue-specific expression patterns. Last, we use the regulatory network to predict target gene expression levels as a function of TF expression, and find significantly higher predictive power for integrative networks than for motif or ChIP-based networks. Our work reveals the complementarity between physical evidence of regulatory interactions (TF binding, motif conservation) and functional evidence (coordinated expression or chromatin patterns) and demonstrates the power of data integration for network inference and studies of gene regulation at the systems level.


Assuntos
Biologia Computacional/métodos , Drosophila melanogaster/genética , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Redes Reguladoras de Genes , Genoma de Inseto , Animais , Sequência de Bases , Montagem e Desmontagem da Cromatina , Imunoprecipitação da Cromatina , Mapeamento Cromossômico/métodos , Cromossomos/genética , Cromossomos/metabolismo , Sequência Conservada , Drosophila melanogaster/embriologia , Drosophila melanogaster/metabolismo , Perfilação da Expressão Gênica/métodos , Regulação da Expressão Gênica , Modelos Lineares , Modelos Genéticos , Anotação de Sequência Molecular , Sistema Nervoso/citologia , Sistema Nervoso/embriologia , Sistema Nervoso/metabolismo , Motivos de Nucleotídeos , Especificidade de Órgãos , Ligação Proteica , Mapeamento de Interação de Proteínas , Elementos Reguladores de Transcrição , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo
2.
Science ; 330(6012): 1787-97, 2010 Dec 24.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-21177974

RESUMO

To gain insight into how genomic information is translated into cellular and developmental programs, the Drosophila model organism Encyclopedia of DNA Elements (modENCODE) project is comprehensively mapping transcripts, histone modifications, chromosomal proteins, transcription factors, replication proteins and intermediates, and nucleosome properties across a developmental time course and in multiple cell lines. We have generated more than 700 data sets and discovered protein-coding, noncoding, RNA regulatory, replication, and chromatin elements, more than tripling the annotated portion of the Drosophila genome. Correlated activity patterns of these elements reveal a functional regulatory network, which predicts putative new functions for genes, reveals stage- and tissue-specific regulators, and enables gene-expression prediction. Our results provide a foundation for directed experimental and computational studies in Drosophila and related species and also a model for systematic data integration toward comprehensive genomic and functional annotation.


Assuntos
Cromatina , Drosophila melanogaster/genética , Redes Reguladoras de Genes , Genoma de Inseto , Anotação de Sequência Molecular , Animais , Sítios de Ligação , Cromatina/genética , Cromatina/metabolismo , Biologia Computacional/métodos , Proteínas de Drosophila/genética , Proteínas de Drosophila/metabolismo , Drosophila melanogaster/crescimento & desenvolvimento , Drosophila melanogaster/metabolismo , Epigênese Genética , Regulação da Expressão Gênica , Genes de Insetos , Genômica/métodos , Histonas/metabolismo , Nucleossomos/genética , Nucleossomos/metabolismo , Regiões Promotoras Genéticas , Pequeno RNA não Traduzido/genética , Pequeno RNA não Traduzido/metabolismo , Fatores de Transcrição/metabolismo , Transcrição Gênica
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