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Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde der Großteil aller nuklearen Proteine annotiert und klassifiziert. Aus Literatur, Proteinsequenz- und Domänendatenbanken wurden bekannte nukleare Domänen ermittelt, ihre Grenzen unter Zuhilfenahme von Tertiärstrukturen oder Sekundärstrukturvorhersagen bestimmt und multiple Sequenzalignments erstellt. Die handgerfertigten Aligments wurden zur Anfertigung von Hidden Markov Models herangezogen und in das Domänenvorhersageprogramm Simple Modular Architecture Research Tool (Schultz et al. 1998, Schultz et al. 2000) (http://smart.embl-heidelberg.de/) implementiert. Hier sind umfassend Informationen über Literatur, phylogentische Verteilung, Anzahl beteiligter Proteine und Funktion für 164 Domänen (118 entstammen dieser Arbeit) mehr als 35000 Proteine abdeckend zusammengefasst. Aufbauend auf der vollständigen Kollektion nuklearer Proteine wurden ausgewählte nukleare und nicht-nukleare Proteine auf der Grundlage homologiebasierender Sequenzanalyseverfahren untersucht. Die Arbeit führte zur Entdeckung von vier biologisch relevanten neuen Domänen: - L27, eine neue Hetero-Dimer bildende Domäne in den Rezeptor-Targeting-Proteins Lin-2 and Lin-7 (Doerks et al. 2000) - GRAM, eine neue Domäne in Glucosyltransferasen, Myotubularinen und anderen Membran-assoziierten Proteinen (Doerks et al. 2000) - DDT, eine neue DNA-bindende Domäne in unterschiedlichen Transkriptionsfaktoren, Chromosom-assoziierten und anderen nuklearen Proteinen (Doerks et al. 2001) - BSD, eine neue putativ DNA-bindende Domäne in Transkriptionsfaktoren, Synapsen-assozierten und anderen hypothetischen Proteinen (Doerks et al. submitted) Abschliessend erfolgte die automatische Analyse von 24000 nuklearen Proteinen, aus denen 550 hypothetisch neue Domänen hervorgingen. Die intensive Aufarbeitung dieser 550 konservierten Sequenzbereiche erbrachte die Entdeckung von 28 neuen nuklearen oder teilweise nuklearen Domänen unterschiedlicher Speziesverbreitung, Funktion und biologischer Relevanz (Doerks et al. accepted).
Die Bioinformatik dient der Lösung biologischer Probleme und Erkenntnisgewinnung mit Hilfe informatischer Methodik. und stellt das Bindeglied zwischen der Informationswissenschaft und der Lehre des Lebens dar. Eine festgeschriebene Definition des Begriffes „Bioinformatik" existiert nicht: Sie umfaßt ein weites Feld, beginnend bei der automatischen Sequenzierung ganzer Genome, über Funktionsanalysen durch Homologiesuchen in Datenbanken, Strukturvorhersagen und Modelling, bis hin zur chipgesteuerten Prothetik. Unterstützende Arbeit in der Molekularbiologie leistet die Bioinformatik bei der Aufnahme und Verwaltung von Nukleotid– und Aminosäuresequenzen in Datenbanken. Der rasante Fortschritt bei der Sequenzierung ganzer Genome führt zu explosionsartig ansteigender Datenfülle und damit zu stetig wachsenden bioinformatischen Anwendungsmöglichkeiten, die ihrerseits notwendig sind, um diese Datenfülle zu bewältigen. Die Genomprojekte erbrachten bislang die vollständige Sequenz der Genome von Species aus allen drei Überreichen: Eubakterien: Haemophilus influenza [17], Mycoplasma genitalium [18], Synechocystis sp [29]. u.a. Archaebakterien: Methanococcus jannaschii [16] u.a. Eukaryonten: Saccharomyces cerevisiae u.a. Ende 1998 soll auch die Sequenzierung des Nemathelminten (Rundwurm) Caenorhabditis elegans und den Menschen abgeschlossen sein................ Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollte ein Programm entwickelt werden, das die intrinsischen Eigenschaften eines Proteins vorhersagt. Es soll die Ausgabe der Ergebnisse von drei Programmen (Coils2, TopPred2 und SignalP) analysieren und interpretieren, eine Prognose über die Präsenz von Coiled Coils, Transmembranregionen und Signalpeptiden erstellen und die betroffenen Bereiche der Aminosäuresequenz angeben. Die Nutzung dieses Hilfsmittels ist über das World-Wide-Web möglich. In einem weiteren Teil soll die Funktion von Proteinen, deren funktionelle Eigenschaften unbekannt sind, über Homologiesuchen und Deutung der Ähnlichkeiten zu Proteinen mit bekannter Funktion aufgeklärt und beschrieben werden. Es handelt sich hierbei um Proteine, die aufgrund von Sequenzähnlichkeit in 58 Familien, sogenannten UPFs (uncharacterized protein families), zusammengefaßt sind.
DCD – a novel plant specific domain in proteins involved in development and programmed cell death
(2005)
Background: Recognition of microbial pathogens by plants triggers the hypersensitive reaction, a common form of programmed cell death in plants. These dying cells generate signals that activate the plant immune system and alarm the neighboring cells as well as the whole plant to activate defense responses to limit the spread of the pathogen. The molecular mechanisms behind the hypersensitive reaction are largely unknown except for the recognition process of pathogens. We delineate the NRP-gene in soybean, which is specifically induced during this programmed cell death and contains a novel protein domain, which is commonly found in different plant proteins.
Results: The sequence analysis of the protein, encoded by the NRP-gene from soybean, led to the identification of a novel domain, which we named DCD, because it is found in plant proteins involved in d evelopment and c ell d eath. The domain is shared by several proteins in the Arabidopsis and the rice genomes, which otherwise show a different protein architecture. Biological studies indicate a role of these proteins in phytohormone response, embryo development and programmed cell by pathogens or ozone.
Conclusion: It is tempting to speculate, that the DCD domain mediates signaling in plant development and programmed cell death and could thus be used to identify interacting proteins to gain further molecular insights into these processes.
