Detecting condition-specific protein clusters in expression data sets

Abstract

This thesis explores aspects of proteomics, transcriptomics and dental research using computational and experimental approaches to address scientific chal lenges. In transcriptomics, distinguishing diseased from healthy cell states is crucial for understanding disease mechanisms and identifying therapeutic tar gets. Differential protein abundances and rewired protein-protein interactions (PPIs) provide insights into disease progression. RNA-seq data analysis com bined with PPIXpress, PPICompare, and ClusterONE identified as effective tools for detecting significant differential networks and protein clusters rele vant to melanoma progression, enriched by Reactome pathways for targeted therapies and diagnostics. In dental research, the limited availability of human enamel has led to the use of hydroxyapatite (HAP) as a surrogate to study biofilm formation. A systematic comparison of HAP and enamel examined protein composition, molecular functions, isoelectric points and molecular weight patterns. The results highlighted similarities between HAP and enamel, supporting the suitability of HAP for preventive dental research. The study also investigated peroxiredoxins (Prxs), a family of antioxidant enzymes. Several studies have suggested that Prx isoforms form hetero oligomers. In silico modelling using HADDOCK and AlphaFold analysed their structural dynamics, contributing to our understanding of protein bio chemistry.

In dieser Arbeit werden Aspekte der Proteomik, der Transkriptomik und der Dentalforschung mit Hilfe rechnerischer und experimenteller Ansätze untersucht, um wissenschaftliche Herausforderungen zu bewältigen. In der Transkriptomik ist die Unterscheidung zwischen kranken und gesunden Zellzuständen entscheidend für das Verständnis von Krankheitsmechanismen und die Identifizierung von therapeutischen Zielen. Unterschiedliche Proteinhäufigkeiten und neu verdrahtete Protein-Protein-Interaktionen geben Aufschluss über das Fortschreiten von Krankheiten. Die Analyse von RNAseq- Daten in Kombination mit PPIXpress, PPICompare und ClusterONE hat sich als wirksames Instrument zur Erkennung signifikanter differentieller Netzwerke und Proteincluster erwiesen, die für das Fortschreiten des Melanoms relevant sind und durch Reactome-Pfade für gezielte Therapien und Diagnosen angereichert werden. In der zahnmedizinischen Forschung hat die begrenzte Verfügbarkeit von menschlichem Zahnschmelz dazu geführt, dass Hydroxylapatit (HAP) als Surrogat für die Untersuchung der Biofilmbildung verwendet wird. In einem systematischen Vergleich von HAP und Zahnschmelz wurden Proteinzusammensetzung, molekulare Funktionen, isoelektrische Punkte und Molekulargewichtsmuster untersucht. Die Ergebnisse zeigten Ähnlichkeiten zwischen HAP und Zahnschmelz auf, was die Eignung von HAP für die präventive Zahnforschung unterstreicht. Die Studie untersuchte auch Peroxiredoxine (Prxs), eine Familie von antioxidativen Enzymen. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Prx-Isoformen Hetero-Oligomere bilden. Die In-silico-Modellierung mit HADDOCK und AlphaFold analysierte ihre strukturelle Dynamik und trug so zu unserem Verständnis der Proteinbiochemie bei. (Translated using DeepL.com)