Zuordnung von Rollen zu DNA-regulatorischen Motiven mittels vergleichender Genomik

MOTIVATION: Transkriptionsfaktoren (TFs) sind während der Lebensdauer der Zelle entscheidend. Ihre funktionalen Rollen werden durch die Gene definiert, die sie regulieren. Diese Rollen aufzudecken, beleuchtet nicht nur den betreffenden TF, sondern stellt ihn auch in den Kontext des vollständigen regulatorischen Netzwerks. ERGEBNISSE: Hier präsentieren wir einen alignments- und thresholdsfreien Ansatz der vergleichenden Genomik zur Zuordnung funktionaler Rollen zu DNA-regulatorischen Motiven. Wir integrieren unseren Ansatz in den Gomo-Algorithmus, ein rechnergestütztes Werkzeug zur Erkennung von Assoziationen zwischen einem benutzerdefinierten DNA-regulatorischen Motiv, das als Positionsgewichtsmatrix (PWM) ausgedrückt wird, und Begriffen der Gen-Ontologie (GO). Die Einbeziehung mehrerer Arten in die Analyse verbessert erheblich die Fähigkeit von Gomo, GO-Begriffe zu identifizieren, die mit den regulatorischen Zielen von TFs verbunden sind. Die Einbeziehung von drei Vergleichsarten im Prozess der Vorhersage von TF-Rollen in Saccharomyces cerevisiae und Homo sapiens erhöht die Anzahl signifikanter Vorhersagen um 75 bzw. 200 %. Die vorhergesagten GO-Begriffe sind zudem spezifischer, was zu tieferem biologischen Verständnis der Rolle des TF führt. Die Anpassung der Motivbinding-Affinitätswerte für einzelne Sequenzzusammensetzungen erweist sich als wesentlich, um falsch-positive Assoziationen zu vermeiden. Wir beschreiben einen neuartigen Algorithmus zur Bewertung von DNA-Sequenzen, der ein thermodynamisches Maß für die DNA-Bindungsaffinität an die jeweilige Basenzusammensetzung der Sequenz anpasst. Die Vorhersagegenauigkeit von GOMO erweist sich als relativ unempfindlich gegenüber der Definition von Promotoren. Da GOMO eine thresholdfreie Form der Gen-Set-Analyse verwendet, gibt es keine freien Parameter, die abgestimmt werden müssen. Biologen können die potenziellen Rollen von DNA-regulatorischen Motiven von Interesse über GOMO im Web untersuchen (http://meme.nbcr.net).