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Projekt
Anwendung von Methoden der Informationstheorie zur Analyse von Proteininteraktionen
Antragsteller
Professor Andreas Burkovski, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Johannes Huber; Professor Dr. Heinrich Sticht
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung
Förderung von 2010 bis 2014
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 149137223
Unsere Arbeit aus den ersten beiden Förderperioden des Schwerpunktprogramms hat gezeigt, dass die Konzepte der Informationstheorie auf das biologische Problem der Protein-Protein-Erkennung übertragen werden können. Wir haben dazu einen auf dem Konzept der wechselseitigen Information (Mutual Information, MI) basierenden Formalismus entwickelt, der eine Quantifizierung der verschiedenen strukturellen Eigenschaften von Proteinkontaktflächen erlaubt. Proteine interagieren jedoch nicht nur mit anderen Proteinen, sondern auch mit Nukleinsäuren (DNA, RNA). Daher wollen wir unseren MI-basierten Ansatz entsprechend anpassen und auf die Untersuchung der Spezifität der Protein-DNA Erkennung erweitern. Wir werden exemplarisch die Regulatorproteine AmtR und CcpA untersuchen, die eine wichtige Rolle im bakteriellen Stickstoff- bzw. Kohlenstoffmetabolismus spielen und deren DNA-Bindungsspezifität bisher nur unzureichend verstanden ist. Wir wollen hier insbesondere die folgenden Fragestellungen bearbeiten:Welche Sequenzeigenschaften sind informativ bezüglich der Protein-DNA-Erkennung?Können wir Struktureigenschaften definieren, die die wechselseitige Information der spezifischen Protein-DNA-Erkennung erhöhen? Besitzen energetisch starke Wechselwirkungen auch die höchste wechselseitige Information bezüglich einer Interaktion?Ist der Großteil der Information bezüglich einer spezifischen Bindung durch direkte Protein-DNA Kontakte codiert (direct readout) oder implizit durch die konformationellen Eigenschaften der DNA codiert (indirect readout)?Sind ähnliche strukturelle Eigenschaften für die DNA-Bindingsspezifität von AmtR und CcpA verantwortlich? Stellt die wechselseitige Information eine geeignete Kenngröße für das Design einer optimalen DNA-Sequenz dar, die mit hoher Affinität gebunden wird?Lassen sich die für AmtR und CcpA abgeleiteten Erkennungsprinzipien auch auf andere Protein-DNA-Komplexe übertragen?Um diese Ziele zu erreichen, bedarf es der Generierung eines großen Datensatzes von DNA-Sequenzen, der Anpassung unseres MI-basierten Ansatzes an DNA-Sequenzen, der Identifizierung geeigneter struktureller Eigenschaften für die informationstheoretische Analyse und des Designs von neuen DNA-Sequenzen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
