In diesem Praktikum geht es um die Erstellung von Software, um die Bindungsstellen von Transkriptionsfaktoren in DNA-Sequenzen zu identifizieren und die Auswirkung von Mutationen auf die Bindung vorherzusagen.

Konzept

Eine Schlüsselfrage beim Verständnis der Genregulation betrifft die biologischen Regeln, welche die Bindung von Proteinen wie Transkriptionsfaktoren an spezifische DNA-Sequenzen bestimmen. Typischerweise kann ein Transkriptionsfaktor mit unterschiedlicher Affinität an mehrere, ähnliche DNA-Sequenzen mit einer Länge von ca. 6-12 nt binden. Diese Bindungssequenzen werden üblicherweise in Form einer Positionsspezifischen-Scorematrize (PSSM) repräsentiert. In diesem Praktikum soll ein Parser für die in der JASPAR-Datenbank enthaltenen PSSM-Daten (http://jaspar.cgb.ki.se/) konstruiert werden. Mit den PSSMs sollen Scanner konstruiert werden, um DNA-Sequenzen (typischerweise Promotoren) nach „Hits“ abzutasten. Hierbei soll eine einfache Methode „MATCH“ zur Anwendung kommen (Kel et al., 2003). Eine wichtige medizinische Frage betrifft die Auswirkung von Sequenzvarianten in Promotoren auf die Bindungsaffinität von Transkriptionsfaktoren. Ein Zugang zu dieser Frage besteht darin, für eine bestimmte Sequenzvariante alle PSSMs darauf hin zu untersuchen, ob die Variante den Bindungsscore für den entsprechenden Transkriptionsfaktor herabsetzt.

Aufgaben

Die Programmierarbeit soll im Rahmen des SeqAn-Frameworks erfolgen.

1. Einlesen von DNA-Sequenzen und deren chromosomale Position (FASTA oder genbank-Format).
2. Parsen von „PSSMs“ (JASPAR, ggf. auch TRANSFAC).
3. Suche in den DNA-Sequenzen nach Übereinstimmungen der PSSMs („Hits“).
4. Einlesen von Liste von DNA-Sequenzvarianten
5. Berechnung, ob die vorhergesagte Bindungsaffinität der PSSMs durch eine Sequenzvariante verändert wird.

Referenzen

• [1] Kel et al., MATCH: A tool for searching transcription factor binding sites in DNA sequences. Nucleic Acids Res. 2003;31(13):3576-9).