Novel approaches to the integration and analysis of systems biology data

The opportunity to investigate whole cellular systems using experimental and computational high-throughput methods leads to the generation of unprecedented amounts of data. Processing of these data often results in large lists of genes or proteins that need to be analyzed and interpreted in the context of all other biological information that is already available. To support such analyses, repositories aggregating and merging the biological information contained in different databases are required. To address this need, we created an integrative data warehouse containing millions of up-to-date annotations related to human genes and proteins from over thirty major molecular biology databases. In particular, this data warehouse was instrumental in assessing the data quality of human protein interactions and in predicting an important, but largely unidentified, group of proteins that function as molecular scaffolds in the formation of signaling cascades. Additionally, the data warehouse enabled us to devise the novel computational method BioSim for the discovery of biological relationships based on the functional similarity of gene and protein annotations. Furthermore, we showed how this method allows identifying disease-associated genes. To facilitate the analysis and interpretation of large lists of genes or proteins derived from high-throughput methods, we built the new web portal BioMyn. It provides a powerful search engine with public access to the data warehouse and the BioSim method. BioMyn also offers a number of useful tools for own functional enrichment analysis and the visualization of the results. Die Moglichkeit, ganze zellulare Systeme mit experimentellen und computerbasierten Hochdurchsatz-Methoden zu erforschen, fuhrt zur Generierung beispielloser Datenmengen. Die Verarbeitung dieser Daten ergibt oft grose Listen von Genen oder Proteinen, die im Kontext all der anderen bereits vorhandenen, biologischen Informationen analysiert und interpretiert werden mussen. Um solche Analysen zu unterstutzen, werden Datensammlungen benotigt, die die in verschiedenen Datenbanken enthaltenen biologischen Informationen zusammenfuhren und verknupfen. Um diesem Bedarf Rechnung zu tragen, wurde ein integratives Data-Warehouse angelegt, das Millionen aktueller Annotationen bezuglich humaner Gene und Proteine aus uber dreisig wichtigen Datenbanken der Molekularbiologie beinhaltet. Insbesondere war dieses Data-Warehouse nutzlich bei der Bewertung der Datenqualitat humaner Proteininteraktionen und bei der Vorhersage einer bedeutenden, jedoch grostenteils unidentifizierten Gruppe von Proteinen, die als molekulares Gerust der Bildung von Signalkaskaden dienen. Zudem ermoglichte es das Data-Warehouse, die neuartige Computermethode BioSim zur Aufdeckung biologischer Ahnlichkeiten, basierend auf funktionellen Ahnlichkeiten von Gen- und Proteinannotationen, zu entwickeln. Des Weiteren wurde gezeigt, wie diese Methode die Identifizierung krankheitsassoziierter Gene erlaubt. Um die Analyse und Interpretation groser Listen von Genen oder Proteinen, die aus Hochdurchsatz-Methoden stammen, zu erleichtern, wurde das neue Webportal BioMyn geschaffen. Es bietet eine starke Suchmaschine, die das Data-Warehouse und die BioSim-Methode offentlich zuganglich macht. Auch stellt BioMyn eine Reihe praktischer Tools fur eigene Funktionsanalysen und die Visualisierung der Ergebnisse zur Verfugung.