Exercises toIntroduction to Bioinformatics Assignment 5: Protein interaction networks

Samira Jaeger

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Aufgabe 1 – Netzwerkzentralität (6P)

• In der Vorlesung haben Degree Centrality besprochen.

– Finde drei weitere etablierte Zentralitätsmaße und

diskutiere diese (Formel + Idee).

– In welchem Zusammenhang werden diese verwendet

und welche biologischen Aussagen können durch

Zentralitätsanalyse für biologische Netzwerke getroffen

werden ?

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Aufgabe 2 – Datenbanksuche (2P)

• Neben Protein-protein Interaktionen innerhalb einer Spezies gibt es auch spezies-übergreifende Interaktionen, z.B. Virus-Host-Interaktionen. HIV-1 oder das Epstein-Barr Virus infizieren Menschen über Virus-Host-Interaktionen. Spezifische Datenbanken erfassen und speichern diese Host-Virus-Interakionen, z.B. HIV-1, Human Protein Interaction Database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/RefSeq/HIVInteractions/index.html).

• Das HIV-1 Genom besteht aus 9 Genen die wiederum 19 Proteine kodieren, die in unterschiedlichster Art und Weise mit einer Vielzahl von menschlichen Proteinen interagieren, um verschiedene Pathways im menschlichen Organismus auszunutzen. – Welche Formen von Interaktionen zwischen HIV-1 und Mensch können

unterschieden werden ?

– Gibt es menschliche Proteine, die mit mehreren HIV-1 Proteinen interagieren ? Wenn ja, welche sind dies und welchen Pathways kommen diese vor?

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Aufgabe 3 – Analyse eines Proteininteraktionsnetzwerkes (12P)

• Auf der Vorlesungsseite ist das Proteininteraktionsnetzwerk der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) bereit gestellt, welches im Rahmen der Übung analysiert werden soll. Das Netzwerk ist im sif-format Formaten verfügbar.

• Das sif-format ist ein einfaches Textformat in dem Proteininteraktionen eines Netzwerkes/Graphens folgendermassen dargestellt werden. Jede Zeile steht für eine ungerichtete Kante und hat die Form:

– P1 pp P2

– P2 pp P3

– P2 pp P4

– Dabei sind Px und Py Proteinidentifier (UniProt Ids) und pp zeigt eine Protein-Protein-Interaktion an.

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Aufgabe 3.1 – Netzwerkeigenschaften (5P)

• Im ersten Teil der Aufgabe soll das Interaktionsnetzwerk in

Java eingelesen werden und anschließend seine

Eigenschaften bestimmt werden:

– Charakterisiere das Interaktionsnetzwerk: Wie viele Proteine und

Interaktionen umfasst es ? Bestimme die durchschnittliche Anzahl

Interaktionen pro Protein.

– Berechne die (a) Kantendichte und (b) den durchschnittlichen

Clusterkoeffizienten in obigem Fliege-Netzwerk.

– Berechne für jedes Protein die Degree Centrality und ordne die

Proteine nach ihrer Zentralität. Welches sind die 5 zentralsten

Proteine im Netzwerk (und welche funktionalen Aufgaben erfüllen

sie, Uniprot) ?

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Aufgabe 3.2 – Funktionale Module (7P)

• Im zweiten Teil der Aufgabe sollen funktionale Module identifiziert

werden. Funktionale Module oder Cluster sind in Netzwerken als stark

vernetzte Subgraphen zu finden. Die Identifizierung von k-cores in

Interaktionsnetzwerken ist eine Möglichkeit um solche stark vernetzten

Subgraphen zu detektieren. k-cores sind definiert als eine Gruppe von

Proteinen, in der jedes Protein mindestens k Interaktionen besitzt.

• Implementiere das vorgestellte Verfahren zur Identifizierung von k-

cores.

• Finde den größten k-core in dem Interaktionsnetzwerk und

visualisiere diesen.

• Wie viele Proteine enthält dieser k-core und wie viele Interaktionen

besitzt jedes Protein im k-core.

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Aufgabe 3.2 – Analyse von k-cores (2P)

• Analysiere die funktionalen Eigenschaften des Moduls

repräsentiert durch den identifizierten k-core.

• Tipp: Die funktionale Analyse kann mit Hilfe von DAVID

(http://david.abcc.ncifcrf.gov/) durchgeführt werden.

• DAVID ist ein Analyse-Tool mit dem Gruppen von

Genen und Proteinen anhand ihrer Funktion, Pathways

oder Domänen untersucht werden können, um

überrepräsentierte funktionale Eigenschaften in diesen

Gruppen zu finden.

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Submission

• Submit all requested data as plain text by Thursday, 07.07.2011, 23.59

• Centrality measures, formulars, idea and discussion of potential

applications in biology/bioinformatics

• List of interaction types between HIV and human

• List of proteins that interaction with different HIV proteins and their

functions/pathways

• Program in source code

• Details of the k-core and functional description of its proteins found

in DAVID

• Approximate working time !

• Send by mail to me.