Der MHC I Pathway ist ein Teil des Immunsystems und stellt mittels Antigenen an der Zelloberfläche den Proteinstatus der Körperzellen dar. Ziel dieser Arbeit ist durch die Entwicklung von Modellen zu Proteinsynthese und Abbau sowie den Teilschritten des MHC I Pathways und der Untersuchung von Simulationsergebnissen das Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse zu verbessern und gegebenenfalls die Qualität der Antigenprädiktion zu verbessern. Es wurden statistische Modelle für den Transport der Peptide in das ER mittels TAP, das Schneiden von Peptidbindungen durch das Proteasom und das cytosolische sowie endoplasmatische Trimmen von Peptiden entwickelt. Weiterhin wurden kinetische Modelle zur Synthese und Abbau von viralen Proteinkonstrukten, zur proteasomalen Erstellung von Proteinfragmenten und zum Simulieren des Gesamtprozesses von Infektion bis zur Antigenpräsentation entwickelt. Es wurde gezeigt, dass eine DRiP Rate von 10 Prozent die Antigenpräsentation unabhängig von der Lebenszeit der Proteine gewährleistet und für langlebige Proteine der Anteil der Antigene aus DRiPs die Gesamtmenge der Antigene dominiert. So wird gewährleistet, dass an der Zelloberfläche der Status der momentanen Proteinsynthese dargestellt wird. Die erstellten Teilmodelle der Schritte des MHC I Pathways sind jeweils auf in vitro Daten des jeweiligen Prozesses trainiert und ermöglichen zusammen mindestens die gleiche Vorhersagequalität, wie Pathway Modelle, die auf in vivo Daten trainiert worden sind. Dies zeigt, dass alle wesentlichen Prozesse zur Antigenpräsentation von den erstellten Modulen erfasst werden. Die Module können je nach Bedarf und Fragestellung zu Modellen kombiniert werden. Ein Vorhersagetool wurde auf http://mhc-pathway.net zur Verfügung gestellt. Durch Modellanalysen können der relative Beitrag der einzelnen Schritte des Pathways und die Vorraussetzungen für ein potentielles Antigen bestimmt werden. Das kinetische Modell der Prozesse von Infektion bis Antigenpräsentation erlaubt das Verfolgen aller Peptide und das Analysieren der Prozesse die zur Erstellung von Epitopen führen. Die quantitativen Vorhersagen können experimentell validiert werden. Die proteasomale Fragmenterstellung ist der Teilprozess, der noch am wenigsten gut verstanden ist und bedarf noch weiterer experimenteller Untersuchungen. / The MHC I antigen presentation pathway is part of the immune system and enables cells to show their proteome state at the cell surface. This works aims at improving the understanding of the MHC I pathway and the prediction of antigens from the source proteins where appropriate. The means are the development of models for protein synthesis, degradation and the individual steps of the pathway as well as the analysis of simulation results. Statistical models for the transport of peptides into the ER by TAP, the cleavage of peptide bonds by the proteasome, and the cytosolic and endoplasmic trimming of peptides have been developed. Furthermore, kinetic models for synthesis and degradation of viral protein constructs, for proteasomal generation of protein fragments, and for the simulation of the entire process from viral infection of a cell to the resulting antigen presentation were created. It has been shown that a DRiP rate of 10% is sufficient to have antigen presentation independent of the source protein’s live time and that the antigens derived from the DRiP pool dominate the antigen presentation for long lived proteins. This mechanism enables the presentation of the current protein synthesis state of the cell. Each developed model of a part of the MHC I pathway is trained on in vitro data and together they provide at least the same prediction quality as pathway models that are based on in vivo data. This shows that all processes that contribute significantly to antigen presentation are covered in the developed models. The models for the individual parts can be combined according to the demand and question. A prediction tool has been provided at http://mhc-pathway.net. The contribution of each part of the pathway can be assessed by model supported analysis of the individual steps. It is possible to determine the traits of a potential antigen. The kinetic model of the pathway from infection to antigen presentation enables the generation of time curves for each possible peptide and the analysis of the processes that lead to the development of antigens. The quantitative predictions allow for experimental validation. The proteasomal fragment generation is the least good understood part of the MHC I pathway and requires further experimental study.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/17021 |
| Date | 21 June 2011 |
| Creators | Bulik, Sascha |
| Contributors | Holzhütter, Hermann-Georg, Herzel, Hanspeter, Dahlmann, Burkhardt |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | German |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/ |
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