Multiple Sequenzalignments (MSAs) von homologen Proteinen sind nützliche Werkzeuge, um kompensatorische Mutationen zwischen nicht-konservierten Residuen zu charakterisieren. Die Identifizierung dieser Residuen in MSAs ist eine wichtige Aufgabe um die strukturellen Grundlagen und molekularen Mechanismen von Proteinfunktionen besser zu verstehen. Trotz der vielen Anzahl an Literatur über kompensatorische Mutationen sowie über die Sequenzkonservierungsanalyse für die Erkennung von wichtigen Residuen, haben vorherige Methoden meistens die biochemischen Eigenschaften von Aminosäuren nicht mit in Betracht gezogen, welche allerdings entscheidend für die Erkennung von kompensatorischen Mutationssignalen sein können. Jedoch werden kompensatorische Mutationssignale in MSAs oft durch das Rauschen verfälscht. Aus diesem Grund besteht ein weiteres Problem der Bioinformatik in der Trennung signifikanter Signale vom phylogenetischen Rauschen und beziehungslosen Paarsignalen.
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin Methoden zu entwickeln, welche biochemische Eigenschaften wie Ähnlichkeiten und Unähnlichkeiten von Aminosäuren in der Identifizierung von kompensatorischen Mutationen integriert und sich mit dem Rauschen auseinandersetzt. Deshalb entwickeln wir unterschiedliche Methoden basierend auf klassischer- und quantum Informationstheorie sowie multiple Testverfahren.
Unsere erste Methode basiert auf der klassischen Informationstheorie. Diese Methode betrachtet hauptsächlich BLOSUM62-unähnliche Paare von Aminosäuren als ein Modell von kompensatorischen Mutationen und integriert sie in die Identifizierung von wichtigen Residuen. Um diese Methode zu ergänzen, entwickeln wir unsere zweite Methode unter Verwendung der Grundlagen von quantum Informationstheorie. Diese neue Methode unterscheidet sich von der ersten Methode durch gleichzeitige Modellierung ähnlicher und unähnlicher Signale in der kompensatorischen Mutationsanalyse. Des Weiteren, um signifikante Signale vom Rauschen zu trennen, entwickeln wir ein MSA-spezifisch statistisches Modell in Bezug auf multiple Testverfahren.
Wir wenden unsere Methode für zwei menschliche Proteine an, nämlich epidermal growth factor receptor (EGFR) und glucokinase (GCK). Die Ergebnisse zeigen, dass das MSA-spezifisch statistische Modell die signifikanten Signale vom phylogenetischen Rauschen und von beziehungslosen Paarsignalen trennen kann. Nur unter Berücksichtigung BLOSUM62-unähnlicher Paare von Aminosäuren identifiziert die erste Methode erfolgreich die krankheits-assoziierten wichtigen Residuen der beiden Proteine. Im Gegensatz dazu, durch die gleichzeitige Modellierung ähnlicher und unähnlicher Signale von Aminosäurepaare ist die zweite Methode sensibler für die Identifizierung von katalytischen und allosterischen Residuen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-goettingen.de/oai:ediss.uni-goettingen.de:11858/00-1735-0000-0022-5EB0-1 |
| Date | 18 September 2013 |
| Creators | Gültas, Mehmet |
| Contributors | Waack, Stephan Prof. Dr. |
| Source Sets | Georg-August-Universität Göttingen |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis |
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