A phylogenetic definition of structure

Eine phylogenetische Definition von Struktur Was ist eine Struktur? Die vorliegende Doktorarbeit stellt diese Frage im Feld der RNA-Molekularbiologie. Ziel ist es, einen Beitrag zum Verstandnis der eng miteinander verwobenen Beziehungen zwischen Struktur, Substitutionsprozess und Evolutionsgeschichte zu leisten. Die Darlegung beginnt mit einer Einfuhrung in zwei Felder: RNA & Phylogenie, anschliesend folgt die wissenschaftliche Analyse. SISSI’s Simulacrum ist ein Konzept fur SImulating Site Specific Interactions, in dem erstmalig Sequenzevolution sowohl entlang der Aste phylogenetischer Evolutionsbaume als auch in ihren strukturellen Abhangigkeiten bei Verwendung arbitrarer, komplexer Modelle der Sequenzevolution imitiert wird. Daraus resultiert: Eine phylogenetischen Definition von Struktur, bestehend aus den drei folgenden Aspekten: Substitutionsmatrix, Nachbarschaftssystem und phylogenetischer Baum. Die Substitutionsmatrix spezifiziert den evolutionaren Prozess der Nukleotidevolution und wird durch das Nachbarschaftssystem beeinflusst, das die Interaktion zwischen den Seiten innerhalb einer Sequenz bestimmt. Der phylogenetische Baum fuhrt ein weiteres Abhangigkeitsmuster ein. In diesem Kapitel werden die grundlegenden Paradigmen einer Phylogenetischen Struktur (PS) mittels Beispielen illustriert. Daran anschliesend werden einzelne Ansatze zur Erfassung einer PS aufgezeigt, wobei jedem der drei Aspekte der PS jeweils ein Kapitel gewidmet wird. MATA’s Nachbarschaftssystem wird der Konsensusstrukturvorhersage eines Alignments gegenuber gestellt. MATA (Measurement of Accurat Thresholds of Alignments) ermoglicht die Vorhersage funktional verknupfter Korrelationen eines Sequenz Alignments mittels einer parametrischen Bootstrap Methode, sowohl unter Berucksichtigung phylogenetischer Aspekte als auch in Bezug auf einen automatisch ermittelten Schwellenwert. SISSIz’s Substitutionsmodell wird im Feld nicht-kodierender RNAs veranschaulicht. SISSIz kombiniert ein neues Null-Modell, ein komplexes Substitutionsmodell unter SISSI, mit dem konsensusbasierten Faltungsalgorithmus und produziert mittels thermodynamischer Strukturvorhersage und unter Berucksichtigung der Dinukleotidzusammensetzung eine neue Variante eines RNA Gene finders. OSM’s Phylogenetischer Baum fuhrt einen weiteren Gesichtspunkt der Sequenzevolution ein. Die One Step Mutation Matrix kodiert den phylogenetischen Baum direkt und fuhrt zur analytischen Formel fur die Posterior-Wahrscheinlichkeitsverteilung bezuglich der Anzahl der Substitutionen pro Alignmentspalte. Wurde bisher der evolutionare Prozes der Nukleotidevolution anhand der phylogenetischen Strukturdefinition mit seitenspezifischen Interaktionen spezifiziert, wird nun die phylogenetische Strukturdefinition als eine Beschreibungsform im Raum der Muster diskutiert. Im Ausblick wird die (Un)vollstandigkeit der phylogenetischen Strukturdefinition dargelegt. Dennoch sind die drei aufgezeigten Methoden, einschlieslich SISSI, eine viel versprechende Moglichkeit, die drei Aspekte einer PS zu verbinden. Die vorliegende Arbeit reflektiert abschliesend die Kom- bination aller drei Aspekte zu einer moglichen Beschreibung von Strukturevolution und fuhrt zur Ausgangsfrage zuruck: Was ist eine Struktur?