Der Aufschwung der Hochdurchsatztechnologien – Next-Generation-Sequenzierung von DNA und RNA, DNA-Microarrays, Massenspektrometrie in der Proteomik – erzeugt beträchtliche Datenmengen, die die umfassende Untersuchung physiologischer und pathologischer Zustände ermöglichen. Während die Analyse der Expressionsniveaus für bestimmte Zelltypen charakteristische Profile sowie deren Veränderungen im Verlauf der Entwicklung oder Erkrankung aufdeckt, untersuchen proteomische Ansätze das gesamte Proteinrepertoire eines Organismus und beleuchten die Wechselwirkungen zwischen Proteinen, die an verschiedenen zellulären Funktionen beteiligt sind. Biologische Prozesse sind jedoch von Natur aus mehrdimensional und verknüpfen mehrere Informationsebenen: Gene, die für mehrere Proteine kodieren, welche wiederum an zahlreichen Signalwegen beteiligt sind und komplexen posttranslationalen Modifikationen unterliegen können. Solche hochdimensionalen Datensätze schnell und effizient zu interpretieren, stellt eine echte Herausforderung dar.
Dieser Schwierigkeit begegnet die Software ClueGO, eine für die Cytoscape-Umgebung entwickelte Anwendung, die dazu konzipiert ist, aus langen Gen- oder Proteinlisten repräsentative funktionelle biologische Informationen zu extrahieren. Die funktionelle Anreicherungsanalyse stützt sich auf die aktuellsten öffentlichen Daten aus zahlreichen Annotations- und Ontologieressourcen, auf die die Software automatisch zugreift, darunter die Gene Ontology sowie Datenbanken zu Stoffwechsel- und Signalwegen wie KEGG, Reactome oder WikiPathways. Vordefinierte Einstellungen erleichtern die Auswahl relevanter Begriffe und vereinfachen die Durchführung der Analyse, auch für Nutzer ohne bioinformatische Spezialkenntnisse.
Die Ergebnisse werden in Form von Netzwerken dargestellt, in denen die Begriffe der Gene Ontology und die Stoffwechsel- und Signalwege entsprechend ihrer funktionellen Rolle gruppiert werden, was eine übersichtliche Interpretation der Informationen ermöglicht, die großen Molekülllisten zugrunde liegen. ClueGO unterstützt inzwischen zahlreiche Arten, und weitere Organismen können auf Anfrage hinzugefügt werden. Darüber hinaus lässt sich die Software mit der Anwendung CluePedia kombinieren, die die Visualisierung von Protein-Protein-Interaktionen innerhalb eines Signalwegs oder zwischen mehreren Signalwegen ermöglicht. Der Artikel beschreibt einen typischen Arbeitsablauf, der auf einen umfangreichen Datensatz angewendet wird, und beantwortet häufig von den Nutzern der Software aufgeworfene Fragen.
Die Autoren weisen darauf hin, dass die Integration transkriptomischer und proteomischer Daten neue Facetten biologischer und zellulärer Funktionen beleuchten kann und so zur Identifizierung therapeutischer Zielstrukturen und prädiktiver Biomarker für eine bessere Klassifizierung von Krankheiten beiträgt. Sie betonen außerdem, dass die Qualität dieser Analysen von der Aktualität der verwendeten Annotationen abhängt – ein entscheidender Punkt für die Zuverlässigkeit der funktionellen Anreicherungen.