Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αναλυτικού πλαισίου βιοπληροφορικής για τη μελέτη της κατανομής, της δυναμικής και των επιπτώσεων της μετα-μεταφραστικής τροποποίησης μονοουβικουιτίνωσης της ιστόνης H2B (H2Bub) κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, σε όλο το γονιδίωμα. Τα αποτελέσματα της τροποποίησης αυτής μελετήθηκαν σε φυσιολογικά κύτταρα και σε κύτταρα στα οποία η απομάκρυνση της ουβικουιτίνης (από-ουβικουιτίνωσης) είχε ανασταλεί υπό κανονικές συνθήκες και υπό συνθήκες στρες που προκλήθηκε από την υπεριώδη ακτινοβολία (UV-C).
Τα αναλυμένα σύνολα δεδομένων παράχθηκαν από πλατφόρμες αλληλούχισης νέας γενιάς υψηλής απόδοσης, όπως η αλληλούχιση ανοσοκατακρήμνισης χρωματίνης (ChIP-seq) και το nascent RNA-seq, και προέκυψαν από πειράματα με λεπτομερή σχεδιασμό. Η ανάλυση έδειξε ότι η χωρική κατανομή του H2Bub εξαρτάται από τη δομή ιντρονίου-εξονίου. Επιπρόσθετα, υπό τη συνθήκη της υπεριώδους ακτινοβολίας, υπάρχει μια σημαντική ανακατανομή της πυκνότητας του H2Bub στο γονίδιο, ακολουθώντας την UV-επαγόμενη δυναμική της RNA πολυμεράσης II (RNAPII) επιμήκυνσης, ενώ κατά τη μείωση της διαδικασίας από-ουβικουιτίνωσης, οι ρυθμοί επιμήκυνσης φαίνεται να είναι ταχύτεροι τόσο σε κανονικές όσο και σε συνθήκες UV-C.
Με γνώμονα τις ιδιαιτερότητες κάθε πειραματικής μεθόδου και με προηγμένους αλγόριθμους, το λογισμικό που αναπτύχθηκε ανέλυσε το σύνολο δεδομένων με ολοκληρωμένο τρόπο, εξάγοντας πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την κατανομή και τα πρότυπα των υπό μελέτη μορίων και επιτρέποντας την αποσαφήνιση πολύπλοκων βιολογικών φαινομένων που σχετίζονται με τη δυναμική της μεταγραφής και τη μεταβολή της χρωματίνης λόγω γενοτοξικού στρες. Αλγόριθμοι στατιστικής και μηχανικής μάθησης, όπως ο αλγόριθμος Viterbi και τα µοντέλου µίξης κανονικών κατανοµών (Gaussian Mixture Models), εφαρμόστηκαν αναλόγως για την εξαγωγή μιας ερμηνεύσιμης περιγραφής των δεδομένων.
(EL)
The aim of this thesis is to develop a bioinformatics analytical framework to study the genome-wide distribution, dynamics and effects of the post-translational modification of Histone H2B monoubiquitination (H2Bub) during transcription. The effects of the modification were studied through the inhibition of its removal (de-ubiquitination) under normal and UltraViolet-C (UV-C) irradiation-induced stress conditions.
The analyzed datasets were generated by high throughput Next-Generation Sequencing (NGS) assays, such as Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (ChIP-seq) and nascent RNA-seq, and the respective experiments were designed delicately. The analysis revealed that H2Bub spatial distribution depends on the intron-exon structure. Additionally, under the plus UV condition, there is a major redistribution of the H2Bub density within genes, following the post-UV dynamics of elongating RNA polymerase II (RNAPII), while in cells where the de-ubiquitination process was disrupted, elongation rates seem to be faster under both steady state and UV-C conditions.
Following each assay's particularities and with advanced algorithms, the developed pipeline analyzed the dataset in an integrative manner, extracting valuable information regarding the distribution and the patterns of the under-study molecules, and enabling the elucidation of complex biological phenomena associated with transcription dynamics and chromatin alteration upon genotoxic stress. Statistical and machine learning algorithms, like the Viterbi algorithm and Gaussian Mixture Models, were applied accordingly to extract an interpretable description of the data.
(EN)
/aggregator-openarchives/portal/institutions/uoa
