Muster in der DNAMuster in der DNA

Replikationsursprung im Virus Replikationsursprung im Virus HCMVHCMV

Grundlegende DefinitionenGrundlegende Definitionen

DNA (deoxyribose nucleic acid):DNA (deoxyribose nucleic acid): Informationsträger für Lebensprozesse Informationsträger für Lebensprozesse (z.B. Vermehrung)(z.B. Vermehrung)

Gen:Gen: Sequenz in der DNA, die ein Sequenz in der DNA, die ein Protein mit gewisser Funktion codiertProtein mit gewisser Funktion codiert

Genom:Genom: Gesamtgenbestand einer Zelle Gesamtgenbestand einer Zelle Genomics:Genomics: Erforschung von Lebewesen Erforschung von Lebewesen

unter voller Kenntnis der DNA-Sequenzunter voller Kenntnis der DNA-Sequenz

Aufbau der DNAAufbau der DNA

Nucleotid:Nucleotid: stickstoffhaltige stickstoffhaltige Base + Zucker + Base + Zucker + PhosphatrestPhosphatrest

Basen:Basen: Pyrimidine: Pyrimidine: TThymin, hymin, CCytosinytosin Purine: Purine: AAdenin, denin, GGuaninuanin

DNA ist PolynucleotidketteDNA ist Polynucleotidkette KomplementKomplement zu ACGT ist zu ACGT ist

TGCATGCA

DNA ist DoppelhelixDNA ist Doppelhelix

Replikation von DNAReplikation von DNA

Replikation:Replikation: Prozess des Kopierens Prozess des Kopierens von DNAvon DNA

Initiation der Replikation erfolgt Initiation der Replikation erfolgt durch das durch das PrimosomPrimosom

Synthese der Tochterstränge erfolgt Synthese der Tochterstränge erfolgt durch das durch das ReplisomReplisom

Replikationsursprung:Replikationsursprung: Stelle in der Stelle in der DNA, an der Replikation initiiert wirdDNA, an der Replikation initiiert wird

Human CytomegalovirusHuman Cytomegalovirus(HCMV)(HCMV)

Virus:Virus: von Proteinhülle (Kapsid) umgebene von Proteinhülle (Kapsid) umgebene DNADNA

HCMV ist Virus der Herpes-Familie und hat HCMV ist Virus der Herpes-Familie und hat Inzidenz von 30-80% (latent)Inzidenz von 30-80% (latent)

Länge von HCMV: 229 354 bLänge von HCMV: 229 354 b in produktivem Zyklus gefährlich für in produktivem Zyklus gefährlich für

Menschen mit geschwächtem Immunsystem:Menschen mit geschwächtem Immunsystem: TransplantationspatientenTransplantationspatienten AIDS-PatientenAIDS-Patienten

Human CytomegalovirusHuman Cytomegalovirus(HCMV)(HCMV)

Auswirkungen (teils lethal): Auswirkungen (teils lethal): LungenentzündungLungenentzündung neurologische Störungenneurologische Störungen Magen-Darm-KrankheitenMagen-Darm-Krankheiten angeborene Taubheitangeborene Taubheit

ForschungszielForschungsziel

Auffinden des ReplikationsursprungsAuffinden des Replikationsursprungs Kennzeichen in der DNA-Sequenz Kennzeichen in der DNA-Sequenz

sind vermutlich Anhäufungen sind vermutlich Anhäufungen sogenannter Palindromesogenannter Palindrome

Palindrom:Palindrom: Sequenz, die mit ihrem Sequenz, die mit ihrem umgekehrt gelesenen Komplement umgekehrt gelesenen Komplement übereinstimmt, z.B. GGGCATGCCCübereinstimmt, z.B. GGGCATGCCC

Entwicklung eines ImpfstoffesEntwicklung eines Impfstoffes

DatenDaten

Positionen der insgesamt 296 Positionen der insgesamt 296 Palindrome mit Länge Palindrome mit Länge 10 b 10 b

zu häufige Palindrome (z.B. AT) zählt zu häufige Palindrome (z.B. AT) zählt man dabei nichtman dabei nicht

Hypothese: Palindrome sind auf der Hypothese: Palindrome sind auf der DNA gleichverteiltDNA gleichverteilt

χχ22-T-Test auf Gleichverteilungest auf Gleichverteilung

Segmentierung der DNA in 10 gleich lange Segmentierung der DNA in 10 gleich lange AbschnitteAbschnitte

SegmentSegment 11 22 33 44 55

beobachtetbeobachtet 2929 2121 3232 3030 3232

erwarteterwartet 29.629.6 29.629.6 29.629.6 29.629.6 29.629.6

SegmentSegment 66 77 88 99 1010

beobachtetbeobachtet 3131 2828 3232 3434 2727

erwarteterwartet 29.629.6 29.629.6 29.629.6 29.629.6 29.629.6

χχ22-T-Test auf Gleichverteilungest auf Gleichverteilung

R-Code:R-Code: l<-read.table("HCMV.txt",header=TRUE)[,1]l<-read.table("HCMV.txt",header=TRUE)[,1] v<-cut(l,breaks=22935.4*(0:10))v<-cut(l,breaks=22935.4*(0:10)) f<-as.vector(table(v))f<-as.vector(table(v)) p<-rep(0.1,10)p<-rep(0.1,10) chisq.test(f,y=NULL,correct=TRUE,p)chisq.test(f,y=NULL,correct=TRUE,p)

p-Wert = 0.90p-Wert = 0.90

Homogener Poisson-ProzessHomogener Poisson-Prozess

Fasse gleichverteilte Palindrome als Fasse gleichverteilte Palindrome als unabhängige Treffer auf der DNA auf. unabhängige Treffer auf der DNA auf.

X... Anzahl der Treffer in TeilintervallX... Anzahl der Treffer in Teilintervall hängt nicht von der Position des hängt nicht von der Position des

Teilintervalls ab, nur von dessen LängeTeilintervalls ab, nur von dessen Länge ist für disjunkte Intervalle unabhängigist für disjunkte Intervalle unabhängig

P(X=k) = P(X=k) = λλkk/k! e/k! e--λλ

χχ22-T-Test auf Poisson-est auf Poisson-VerteilungVerteilung

57 Intervalle à 4000 b57 Intervalle à 4000 b P-Wert = 0.98P-Wert = 0.98

Anzahl der PalindromeAnzahl der Palindrome beobachte Intervallzahlbeobachte Intervallzahl erwartete Intervallzahlerwartete Intervallzahl

0-20-2 77 6.46.4

33 88 7.57.5

44 1010 9.79.7

55 99 10.010.0

66 88 8.68.6

77 55 6.36.3

88 44 4.14.1

99 66 4.54.5

gesamtgesamt 5757 5757

χχ22-T-Test auf maximale est auf maximale PalindromzahlPalindromzahl

Teilung der DNA in 57 Intervalle à Teilung der DNA in 57 Intervalle à 4000 b4000 b

Schätzwert Schätzwert λλ = 5.16 = 5.16 größte Beobachtung: 14größte Beobachtung: 14 P(Maximum P(Maximum 14) = 0.06 14) = 0.06

SchlussfolgerungenSchlussfolgerungen

Sowohl Hypothese der Sowohl Hypothese der Gleichverteilung der Palindrome als Gleichverteilung der Palindrome als auch der Poisson-Verteilung für die auch der Poisson-Verteilung für die Trefferzahl sind stichhaltig.Trefferzahl sind stichhaltig.

Das gezählte Maximum an Treffern Das gezählte Maximum an Treffern ist aber recht unwahrscheinlich, also ist aber recht unwahrscheinlich, also könnte man Replikationsursprung im könnte man Replikationsursprung im zugehörigen Intervall suchen.zugehörigen Intervall suchen.