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Humboldt-Universitaet zu Berlin - Collaborative Research Center for Theoretical Biology

Korrelation zwischen regulatorischen DNA Sequenzen und Genexpressionsdaten anhand der vergleichenden Analyse nicht-kodierender Sequenzen von Mensch und Maus

In der ersten Förderphase wurden Ressourcen und Verfahren zur Identifikation und Annotation konservierter cis-regulatorischer Elemente von Genen sowie für deren Interpretation im Zusammenhang mit Genexpressionsdaten entwickelt. Im weiteren soll nun erstens die Entwicklung von Methoden zur Vorhersage von Modulen von Transkriptionsfaktoren vorangetrieben werden, und zweitens sollen theoretische und experimentelle Arbeiten zur transkriptionellen Regulation durch RAS-Onkogen-abhängige Signalketten zusammengeführt werden.

Für die Zusammenstellung von funktionalen Modulen von Transkriptionsfaktoren aus theoretischen Analysen bedarf es der Entwicklung neuer Algorithmen, um die zugrunde liegende Kombinatorik zu analysieren. Hier sollen Ansätze wie lineare oder logistische Regression ebenso getestet werden wie die Methoden des statistischen Lernens (z. B. Bayes-Netze). Ziel ist es, Hypothesen zu generieren, welche Module von Transkriptionsfaktoren in welchen biologischen Prozessen eine Rolle spielen.

Obwohl derartige Vorhersagen sich dann statistisch absichern lassen, sind sie in ihrer Allgemeinheit experimentell nicht validierbar. Im Rahmen des SFB ergibt sich nun die Chance, das theoretische Wissen auf einen konkreten biologischen Prozess im Detail anzuwenden. Dies soll in einer Kollaboration zwischen der AG Vingron und der AG Sers realisiert werden. Die AG Sers studiert Zielgene RAS-Onkogen-abhängiger Signalwege. Für die genomweite Erfassung RAS-abhängiger Veränderungen der Genexpression wurden in der AG Sers Genexpressionsprofile humaner, RAS-transformierter Zellen im Vergleich zu den immortalen Ausgangszellen erstellt. Weiterhin wurden durch pharmakologische Hemmung des MEK-Signalweges Gruppen von Genen identifiziert, deren Expression reversibel über diesen Weg aktiviert oder gehemmt werden kann. Ein erster, noch unvollständiger Vergleich der Profile aus den humanen Zellen und RAS-transformierten Rattenfibroblasten, hat eine Gruppe von Genen angezeigt, die in beiden Zelllinien über diesen Weg suppremiert werden. Dies gibt Anlass zu der Vermutung, dass es MEK-Signalmodule gibt die in der Evolution konserviert sind.

Um die transkriptionelle Kontrolle dieses Prozesses zu analysieren, können theoretische Verfahren (Vorhersage von regulatorischen Elementen, Suche nach gemeinsamen Modulen) verwendet werden. Parallel hierzu sollen aber gleichzeitig experimentelle Zugänge aufgebaut werden, welche sich mit den theoretischen synergistisch ergänzen. Für die Identifizierung der Mechanismen, die in Abhängigkeit des MEK-Signalweges zur Aktivierung oder Hemmung bestimmter Gengruppen führen, sollen zunächst die Promotorbereiche der Gene identifiziert werden, die MEK-abhängig reguliert werden. Anschließend sollen diese Sequenzen auf konservierte Bindungsstellen hin untersucht werden. Lassen sich konservierte Motive identifizieren, soll die funktionelle Bedeutung der potentiell daran bindenden Transkriptionsfaktoren mittels siRNA-vermittelter Expressionshemmung einzelner Faktoren und Array-basierter Expressionsanalyse untersucht werden. Gleichzeitig soll die Rolle der Transkriptionsfaktoren in der MEK-abhängigen Regulations einer definierten Gruppe von Genen mittels Chromatin-Immunpräzipitation in Kombination mit einer Array-Analyse (ChIP-on-chip) nachgewiesen werden. In diesen Untersuchungen soll auch der Beitrag der Histon-Modifikation (Azetylierung, Phoshorylierung und Methylierung) mit einbezogen werden.

Anhand dieser Analyse soll ein Modell der MEK-Signalweg-abhängigen Genregulation erstellt werden, welches über die Einzelgen-Analyse hinausgeht. Ausgehend von einem solchen Modell können in Zukunft auch die Regulation von Gengruppen durch andere Signalwege und die Auswirkungen der Signalweg-Vernetzungen dargestellt werden.

Beschreibung der ersten Periode
Beschreibung der aktuellen Periode