Gleichheit, Ähnlichkeit, Homologie

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1 Gleichheit, Ähnlichkeit, Homologie Identität (identity) Verhältnis der Anzahl identischer Aminosäuren zur Gesamtzahl der Aminosäuren; objektiv Ähnlichkeit (similarity) Verhältnis ähnlicher Aminosäuren (Austauschmatrizen) Maß der Ähnlichkeit ist modellbehaftet Homologie (homology) Sequenzen haben eine gemeinsame Vorläufersequenz "bewertete Ähnlichkeit": Maß der Homologie ist modellbehaftet, kann nicht in % angegeben werden! Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

2 Verschiedene Arten von Homologie Organismus X A Organismus # Ħ Organismus Y A B Organismus Z a Ħ A-a: Orthologe Gene in unterschiedlichen Organismen gleiche Funktion entstanden durch Artenbildung (speciation) oft syntenisch, d.h. in genomischer Nachbarschaft mit weiteren Orthologen A-B: Paraloge Gene im gleichen Organismus können unterschiedliche Funktion haben entstanden durch Genduplikation Ħ-Ħ: Xenologe Gene durch horizontalen Gentransfer erworben Bsp.: Resistenzgene auf Plasmiden B-Ħ: Analoge Gene: nicht homologe Sequenz, sondern zufällige Ähnlichkeit, entstanden durch Konvergenz; gleiche/ähnliche Funktion Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

3 BLAST bei NCBI Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

4 Eingabe Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

5 Optionen und Parameter BLAST gibt nur Treffer aus, deren E- Value unterhalb der Schranke liegt Länge der w-mere besondere Optionen Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

6 Graphische Alignmentansicht beste Treffer je 2 getrennte Treffer auf derselben Sequenz quergestrichelte Region dazwischen paßt nicht zur Query Eingabesequenz (Query) Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

7 Trefferliste (Descriptions) (a) gi-nummer Datenbank Accession-Nummer Locusname der Sequenz - sp swissprot = UniProtKB/Swiss-Prot - Hyperlink zu der Sequenz in der Datenbank (b) Beschreibung der Sequenz (Art, Funktion, Organismus) (c) Bit-Scores sind normalisiert und daher zwischen verschiedenen Suchen auch in verschiedenen Datenbanken vergleichbar (d) je kleiner der E-Value, desto signifikanter der Treffer Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

8 Lokales Alignment raw Score (unnormiert) Query: Eingabesequenz Sbjct: Treffer X: maskierte low complexity-region Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

9 NCBI BLAST für Nukleotidsequenzen BLASTn Wortlänge 11 bp match score 2, mismatch score -3 auch für Suche nach wenig ähnlichen DNA-Sequenzen MegaBLAST Wortlänge 28 bp bis 10mal schneller optimiert für Suche nach (sehr ähnlichen) Sequenzen in Genomen mrna -> Genom desselben Organismus homologe Gene: cross-species megablast verlinkt mit MapViewer Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

10 MapViewer Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

11 Konservierte Syntenie von Orthologen Syntenie: Reihenfolge von Genen in Genom Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

12 Default-Matrix: Gonnet250 (ähnlich PAM, aber größerer Datensatz) besondere Optionen für phylogenetische Bäume Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

13 Ausgabe Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

14 Ausgabe Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

15 Konservierung im multiplen Alignment - gap * identische Aminosäuren in allen Sequenzen : konservierende Substitutionen = chemisch ähnliche Aminosäuren (innerhalb der mit gleicher Farbe bezeichneten Gruppen bzw. hydrophile AS). semi-konservierende Substitutionen (weniger ähnlich) Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

16 Klassifizierung der Aminosäuren Farbcode: AVFPMILW klein + hydrophob (incl.aromatisch -Y) DE sauer RHK basisch STYHCNGQ Hydroxylgruppe + Aminogruppe + basisch + Q Rest unterstrichen: "übliche" hydrophile Residuen An jeder Position innerhalb einer Reihe von mindestens 5 hydrophilen Residuen (hydrophiler stretch) wird GOP herabgesetzt Loop-Regionen von Proteinstrukturen Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

17 JalView Alignment-Editor ( Java-Applet in ClustalW farbliche Darstellung, erlaubt manuelle Veränderungen des Alignments besonders wichtige Optionen: Edit: (Teile von) Sequenzen und Gaps verschieben/löschen Colour by conservation erleichtert das Auffinden konservierter Bereiche Calculate Consensus an jeder Position des Alignments die am häufigsten auftretende Aminosäure Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

18 Phlyogenetischer Baum in ClustalW Cladogramm: alle Kanten gleich lang Phylogramm: Kantenlängen proportional zum evolutionären Abstand Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

19 Phlyogenetischer Baum in ClustalW Cladogramm: alle Kanten gleich lang Phylogramm: Kantenlängen proportional zum evolutionären Abstand Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS

20 Beispiel für ein lokales Minumum SequenceA GARFIELD THE LAST FAT CAT SequenceB GARFIELD THE FAST CAT SequenceC GARFIELD THE VERY FAST CAT SequenceD THE FAT CAT ClustalW-Alignment SequenceA GARFIELD THE LAST FA-T CAT SequenceB GARFIELD THE FAST CA-T --- SequenceC GARFIELD THE VERY FAST CAT SequenceD THE ---- FA-T CAT Softwarewerkzeuge der Bioinformatik SS