Visualisierung der Unsicherheit der Sekundärstruktur von Proteinen

Abstract

In allen Information und Daten ist Unsicherheit enthalten. Visualisierungen von Informationen oder Daten entsprechen der Realität deshalb genauer, wenn sie um eine Repräsentation der Unsicherheit ergänzt werden. In dieser Diplomarbeit sind Sekundärstrukturen, welche bei Proteinen durch die Faltung der Aminosäurenkette entstehen, die Datengrundlage. Die Beschreibung der korrekten Sekundärstruktur ist für das Verständnis der Funktion eines Proteins von grundlegender Bedeutung. Unterschiedliche Verfahren weichen allerdings in ihren Zuordnungen von Sekundärstrukturen teilweise deutlich voneinander ab. Ausgehend davon ergab sich als Aufgabe die Visualisierung der Unsicherheit der Sekundärstruktur von Proteinen. Dafür wurde ein Modell der Unsicherheit für abweichende Sekundärstruktur-Zuordnungen entwickelt. Auf der Ebene der Verfahren wurde die Zuordnungsunsicherheit durch ein Schwellenwert-Kriterium beschrieben. Anhand von Diskrepanz-Matrizen wurden die Zuordnungen der einzelnen Verfahren verglichen. Für jede Aminosäure wurden infolgedessen Zuordnungswahrscheinlichkeiten berechnet. Diese wurden wiederum auf einen Unsicherheitswert je Aminosäure reduziert. Die Zuordnungswahrscheinlichkeiten werden im Sequenz-Diagramm mittels Struktur-Morphing und Farbinterpolation im HSL-Farbraum dargestellt, die Unsicherheits- und Schwellenwerte über Säulen-Diagramme. In der Cartoon-Darstellung kann der Unsicherheitswert in Form von Geometrieverzerrung oder Konturen dargestellt werden. Die Repräsentation der Strukturtyp-Wahrscheinlichkeiten erfolgt über Screen-Door-Transparency. Die Betrachtung beider Ansichten nebeneinander ermöglicht eine Ergänzung der unterschiedlichen Unsicherheitsdarstellungen. Darüber hinaus wird eine vollständigere und genauere Wiedergabe der vorhandenen Daten bezüglich der Sekundärstruktur-Zuordnung erreicht.