Repräsentation von Proteinstrukturen und Proteinsequenz/-struktur-Zuordnung

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Porto
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 13676190

Das Forschungsvorhaben aus dem Bereich der Biophysik/Physik der weichen Materie ist ein Programm zur theoretischen Untersuchung von Proteinstrukturen und Proteinsequenz/-struktur Zuordnung. Das Vorhaben hat starke Bezüge zur Bioinformatik und zur Molekular- und Evolutionsbiologie und gliedert sich in zwei ineinandergreifende Teile. Im ersten Teil soll die kürzlich von mir etablierte vektorielle Repräsentation von Proteinstrukturen untersucht werden. Diese Repräsentation erlaubt die kompakte äquivalente Darstellung von globulären Proteinstrukturen als reelwertigen Vektor, in starker Vereinfachung zur Repräsentation in Form von dreidimensionalen Koordinaten oder Kontaktmatrizen. Die vektorielle Natur dieser Darstellung sollte das Alignment von Proteinstrukturen (eines der zentralen Probleme in der Bioinformatik) stark vereinfachen. Hierzu sind die Eigenschaften dieser vektoriellen Darstellung genauer zu untersuchen, geeignete Maße für Ähnlichkeit zweier vektorieller Darstellungen zu definieren (insbesondere unter geeigneter Berücksichtigung von Einfügungen und Löschungen) und entsprechende Verfahren zu entwickeln, zu implementieren und mit Standardverfahren zu vergleichen. Seite 1 von 8 Im zweiten Teil soll unter Benutzung dieser vektoriellen Repräsentation von Proteinstrukturen der Zusammenhang zwischen Proteinsequenz und Proteinstruktur untersucht werden. Auf Grund der vektoriellen Natur der kompakten Strukturrepräsentation sollte es möglich sein, diese in guter Näherung aus der Proteinsequenz vorherzusagen. Hierzu ist die Beziehung zwischen einer gegebenen Proteinsequenz und der vektoriellen Repräsentation der resultierenden Proteinstruktur zu untersuchen, insbesondere unter dem Aspekt der Evolution von Proteinsequenzen, und Methoden für eine approximative Vorhersage zu entwickeln und zu implementieren. Eine Kombination der Ergebnisse beider Teilprojekte, also die approximative Vorhersage der vektoriellen Strukturrepräsentation aus einer Proteinsequenz und das nachfolgende Alignment solcher vorhergesagten vektoriellen Strukturrepräsentationen, sollte ein besseres Alignment von Proteinsequenzen erlauben als dies zur Zeit mit Standardverfahren möglich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen