x
x

SatXplor: Novi alat za istraživanje nekodirajućih regija genoma

  13.03.2025.

Tim znanstvenika s Instituta Ruđer Bošković razvio je SatXplor, inovativni bioinformatički alat koji po prvi puta omogućuje detaljnu analizu satDNA u genomima „pročitanim“ sekvenciranjem treće generacije koji osiguravaju pokrivenost ovih sekvenci.

SatXplor: Novi alat za istraživanje nekodirajućih regija genoma

Genomi eukariotskih organizama sadrže golemu količinu nekodirajuće DNA, među kojom značajan dio čine različite vrste satelitnih DNA (satDNA), sekvenci koje se uzastopno ponavljaju, imaju iznimno brzu evoluciju i koje često čine više od polovine genoma.

Dva su presudna problema u istraživanju ovih sekvenci koji proizlaze iz složenosti njihove strukture; nereprezentativnost u genomskim sklopovima (genome assemblies) te nedostatak njihove sveobuhvatne analize na genomskoj razini.

Iako satDNA čine veliki dio genoma i poznato je da imaju ulogu u organizaciji kromosoma, njihova biološka funkcija i evolucijska dinamika još uvijek su slabo istražene na genomskoj razini jer su ove sekvence teško dostupne analizama zbog svoje strukture. SatDNA se sastoji od ponavljajućih sekvenci organiziranih u dugačke nizove koji mogu dosezati milijune parova baza. Njihova složena struktura i brza evolucija otežavaju analizu tradicionalnim metodama sekvenciranja kratkih fragmenata (poput Illumina tehnologije). Zbog navedenih satDNA karakteristika, mnogi genomski sklopovi često pate od nedovoljne pokrivenosti i preciznosti satelitnih regija te nerjetko one nedostaju u potpunosti. 

Iako postoji niz dostupnih bioinformatičkih alata za detekciju ponavljajućih sekvenci, za temeljitu analizu ovih sekvenci pa tako i strukture genoma općenito, bio je potreban razvoj univerzalnog algoritamskog protokola. Takav algoritam bi omogućio sveobuhvatnu anotaciju i analizu satDNA na razini cijelog genoma, te u konačnici dopustio istraživanje satDNA organizacije, evolucije i moguć utjecaj na gene.

Kako bi premostili ove izazove, znanstvenici iz Laboratorija za nekodirajuću DNA IRB-a pod voditeljstvom dr.sc. Nevenke Meštrović, predvođeni mladim znanstevenicima dokotrandom Marinom Volarićem i dopisnom autoricom poslijedoktorandicom dr.sc. Evelin Despot-Slade razvili su SatXplor, integrirani alat optimiziran za detaljno istraživanje satDNA regija na razini cijelog genoma. 

Tijekom validacije, SatXplor je testiran na različitim modelnim organizmima, uključujući vinsku mušicu (Drosophilu melanogaster), kukca brašnara (Tribolium castaneum), skakavca Locustu migratoriu, modelnu vrstu Arabidopsis thalianu, čovjeka (Homo sapiens) i miša (Mus musculus). Analize su pokazale iznimnu preciznost u otkrivanju specifičnih kromosomskih varijanti satDNA, kao i u proučavanju konzerviranih regija povezanih s ovim ponavljajućim sekvencama što je do sada bilo vrlo teško ili čak nemoguće.