Rekonstruktion biologischer Netzwerke (mit probabilistischen Methoden) Einführung

Transkript

1 Rekonstruktion biologischer Netzwerke (mit probabilistischen Methoden) Einführung Prof. Dr. Sven Rahmann 1

2 Team Prof. Dr. Sven Rahmann Zeit Mo 10-12; Do 8:30-10 Ort OH14, R104 Alle Informationen Webseite zur Vorlesung: Bitte regelmäßig dort nachlesen! Sprechstunde Mo in OH14, R214 Bitte möglichst per anmelden, sonst evtl. sehr lange Wartezeiten! Sven.Rahmann /at/ tu-dortmund.de 2

3 Prüfungsleistungen Spezialvorlesung (DPO2001): SpG 4,6,7 (3V+1Ü, 6 LP) Master-Modul: Ausgewählte Kapitel der Algorithmik (603) Prüfung: nur mündlich Übungen: Keine Voraussetzung zur Prüfung, aber zum Bestehen! Die Übungen werden nicht korrigiert, aber besprochen. Sie sollen Ihre Lösungen vorstellen. 3

4 Inhalt der Vorlesung I Graphen als Netzwerkmodelle Beschreibende Eigenschaften von Netzwerken: degree distribution, power law Modelle für zufällige Graphen als zufällige Netzwerke Transkriptionelle Regulation Formale Beschreibung von Transkriptionsfaktorbindestellen (TFBSen) Der EM-Algorithmus Anwendung des EM-Algorithmus zur Identifikation von TFBSen Probabilistische arithmetische Automaten (PAAs) Anwendung von PAAs zur Identifikation von TFBSen Schätzung von Regulationsnetzwerken aus Expressionsdaten Problem der Identifizierbarkeit in linearen Netzwerkmodellen 4

5 Inhalt der Vorlesung II Proteinineraktionsnetzwerke und -hypernetzwerke Anwendung propositionaler Logik und Modallogik auf Proteininteraktionen Vorhersage von Proteinkomplexen Signaltransduktionsnetzwerke Bayes'sche Netze als Modelle für Signaltransduktionsnetzwerke Nested Effect Models (NEMs) Metabolische Netze Analyse mit Methoden der linearen Algebra Double Description Method (DDM) 5

6 Das zentrale Dogma der Molekularbiologie DNA enthält Erbinformation (bei Viren oft RNA) Diese wird abgelesen (Transkription) in mrna Anhand der mrna-sequenz wird ein Proteinmolekül erstellt (Translation) Proteine führen Funktionen in der Zelle aus. Der Informationsfluss ist also DNA -> RNA -> Protein. (Diese Sichtweise ist nicht immer korrekt.) 6

7 DNA-Struktur - Übersicht 7

8 DNA-Replikation 8

9 Transkription von DNA in messenger RNA (mrna) 9

10 Translation von mrna in Protein am Ribosom 10

11 Aminosäuren und Proteine 11

12 21 Aminosäuren Illustration: Dan Cojocari, Toronto 12

13 Genetischer Code (Standard) AAs Starts Base1 Base2 Base3 = = = = = FFLLSSSSYY**CC*WLLLLPPPPHHQQRRRRIIIMTTTTNNKKSSRRVVVVAAAADDEEGGGG ---M M M TTTTTTTTTTTTTTTTCCCCCCCCCCCCCCCCAAAAAAAAAAAAAAAAGGGGGGGGGGGGGGGG TTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGG TCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAG 13

14 Typen biologischer Netzwerke Transkriptionelle Regulation Protein-Protein-Interaktionen Signaltransduktion Metabolisches Reaktionen 14

15 Transkriptionelle Regulation 15

16 Transkriptionelle Regulation Oben: Motive, Module, Netzwerk Rechts: Hefe-Netzwerk 16

17 Protein-ProteinInteraktionen Darstellungen des Hefe-Netzwerks 17

18 Signaltransduktion 18

19 Quelle: KEGG Metabolismus 19

20 Quelle: KEGG Metabolismus: Zitratzyklus 20