EcoP15I gehört zu den heterooligomeren Typ III Restriktionsendonukleasen. Der multifunktionale Enzymkomplex ist aus zwei Modifikations- und zwei Restriktions-Untereinheiten aufgebaut und katalysiert sowohl die Spaltung als auch die Methylierung der DNA. Für die effektive Spaltung der doppelsträngigen DNA benötigt EcoP15I zwei invers orientierte Erkennungsorte mit der DNA-Sequenz 5’-CAGCAG. Die Spaltung erfolgt im oberen Strang 24 bis 26 Basen in 3’-Richtung nach dem Erkennungsort und im unteren Strang 26 bis 28 Basen in 5’-Richtung nach dem Erkennungsort. Aufgrund des bislang größten definierten Abstandes zwischen Erkennungs- und Spaltort ist EcoP15I ein wichtiges Werkzeug in der funktionellen Genomanalyse. Die Aufklärung der Domänenstruktur beider EcoP15I-Untereinheiten durch limitierte Proteolyse zeigte, dass die Restriktions-Untereinheit modular aufgebaut ist. Sie besteht aus zwei stabil gefalteten Domänen, der N-terminalen Translokase- und der C-terminalen Endo-Domäne. Beide Domänen sind durch einen flexiblen Linker verbunden. In der Modifikations-Untereinheit dagegen wurden keine Domänen identifiziert. Durch Insertion von Aminosäuren in und um den Linkerbereich konnten Enzymmutanten hergestellt werden, die bevorzugt die Positionen mit größten Abstand zum Erkennungsort spalteten. Wurden dagegen in dieser Region Aminosäuren deletiert, verloren die Enzymmutanten ihre DNA-Spaltaktivität. Die photochemische Vernetzung von EcoP15I mit spezifischer DNA ergab, dass EcoP15I drei Kontakte zum Phosphatrückgrat des ersten Adenins im Erkennungsort ausbildet. Ein Kontakt wird dabei über die Aminosäure S635 im C-terminalen Teil der Modifikations-Untereinheit hergestellt, zwei weitere entstehen durch die Aminosäuren Y248 und K421 der Restriktions-Untereinheit. Die transmissionselektronenmikroskopische Abbildung des negativ kontrastierten EcoP15I-Enzym zeigte einen symmetrischen Aufbau und stellt somit eine Grundlage für die Entwicklung eines dreidimensionalen Modells dar. / EcoP15I belongs to the hetero-oligemeric type III restriction endonucleases. The multifunctional enzyme complex consists of two modification and two restriction subunits and catalyses both the cleavage and methylation of the DNA. For effective cleavage of the double stranded DNA EcoP15I needs two inversely oriented recognition sites with the DNA sequence 5’-CAGCAG. The cleavage occurs 24 to 25 bases in 3’-direction from the recognition sequence in the top strand and 26 to 28 bases in 5’-direction from the recognition sequence in the bottom strand. Because of the largest known distance between recognition and cleavage site so far EcoP15I is an important tool in functional genomics. The elucidation of the domain structure of EcoP15I restriction as well as the modification subunit by limited proteolysis showed that the restriction subunit has a modular structure. It consists of two stable folded domains, the N-terminal translocase domain and the C-terminal endonuclease domain. Both domains are connected by a flexible linker. In contrast to the restriction subunit no domains could be detected in the modification subunit. Enzyme mutants that were constructed by insertion of amino acids in and around the linker region cleaved preferentially the position with the largest distance between recognition and cleavage site. The enzyme mutants lost their DNA cleavage activity when the amino acids in this region were deleted. The photochemical crosslinking of EcoP15I with specific DNA showed that EcoP15I forms three contacts to the phosphate backbone of the first adenine of the recognition site. One contact is made by amino acid S635 in the C-terminal part of the modification subunit. Two others are made by amino acids Y248 and K421 of the restriction subunit. The transmission electron microscope picture of the negatively stained EcoP15I enzyme showed a symmetric form and therefore it constitutes a basis for the development of a three dimensional model.

Die Auswertung von Microarray-Daten beginnt oft mit information retrieval-Ansätzen, welche die Datenmassen auf eine im Hinblick auf eine bestimmte Fragestellung besonders interessante und überschaubare Menge von Genen bzw. probe set IDs reduzieren sollen. Vorraussetzung für eine effiziente Suche im Datenbestand ist jedoch eine Semantisierung bzw. Formalisierung der verwendeten Datenformate. Hier wird eine Ontologie als standardisiertes und semantisch definiertes Repräsentationskonstrukt vorgestellt, welches die Formalisierung von Fachwissen in einem interaktiven Wissensmodell erlaubt, das umfassend abgefragt, konsistent interpretiert und gegebenenfalls automatisiert weiterverarbeitet werden kann. Anhand einer molekularbiologischen Ontologie aus 1200 hierarchisch strukturierten Begriffen und am Beispiel des Toll-Like Receptor-Signalwegs wird aufgezeigt, wie ein solch ein objektorientiertes Beschreibungsvokabular zur Annotierung von Genen auf Affymetrix-Microarrays genutzt werden kann. Die Annotationsbegriffe werden über ontologische Konzepte, deren Eigenschaften und deren semantische Verbindungen (relationale Slots) im Wissensbank-Editor Protégé-2000 modelliert. Annotation bedeutet hier ein Gen formal in einen definierten funktionalen Kontext einzubetten. In der Anwendung der Wissensbank entspricht eine Annotation einem "drag and drop" von Genen in ontologische, die Funktion dieser Gene beschreibende, Konzepte. Die weitergehende kontextuale Annotation erfolgt über eine Vernetzung der Gene zu anderen Konzepten oder Genen. Das so erstellte vernetzte Wissensmodell (die knowledgebase) ermöglicht ein inhaltsbasiertes, assoziatives und kontextgeleitetes "Wissens-Browsing". Ontologisch annotierte Gendaten erlauben auch die Anwendung automatischer datengetriebener Visualisierungsstrategien, wie am Beispiel semantischer Netze gezeigt wird. Eine ontologische Anfrageschnittstelle erlaubt auch semantisch komplexe Anfragen an den Datenbestand bei erhöhter Trefferquote und Präzision. / Functional gene annotations provide important search targets and cluster criteria. We introduce an annotation system that exploits the possibilities of modern knowledge management tools, i.e. ontological querying, inference, networking of annotations and automatic datadriven visualization of the annotated model. The Gandr (gene annotation data representation) knowledgebase is an ontological framework for laboratory-specific gene annotation and knowledgemanagement. Gandr uses Protégé-2000 for editing, querying and visualizing microarray data and annotations. Genes can be annotated with provided, newly created or imported ontological concepts. Annotated genes can inherit assigned concept properties and can be related to each other. The resulting knowledgebase can be visualized as interactive semantic network of nodes and edges representing genes with annotations and their functional relationships. This allows for immediate and associative gene context exploration. Ontological query techniques allow for powerful data access. Annotating genes with formal conceptual descriptions can be performed using ‘drag and drop’ of one or more gene instances onto an annotating concept. Compared with unstructured annotation systems, the annotation process itself becomes faster and leads to annotation schemes of better quality owing to enforcement of constraints provided by the ontology. GandrKB enables lab-bench scientists to query for implicit domain knowledge, inferred from the ontological domain model. Full access to data semantics through queries for properties and relationships ensures a more complete and adequate reply of the system.