Мета-анализ полногеномных данных на основе выявления и аннотации различных структурно-функциональных типов сайтов связывания транскрипционных факторов в составе композиционных элементов

Разработан программный комплекс (ПК) MCOT (Motif Co-Occurrence Tool) для поиска совместно встречающихся мотивов (композиционных элементов, КЭ) со спейсером и с перекрыванием мотивов на основе одного набора данных эксперимента ChIP-seq. Мотивы интерпретируются как сайты связывания целевого (якорного) или других (партнёры) транскрипционных факторов (ТФ). Применение ПК MCOT для экспериментов ChIP-seq по ТФ млекопитающих показало, что количество потенциальных КЭ с перекрыванием мотивов более чем в два раза превышает количество КЭ со спейсером. Анализ наборов данных экспериментов ChIP-seq для ТФ человека имеющих наибольшее число белок-белковых взаимодействий (ББВ) с другими ТФ показал, что для более 60% якорных ТФ обнаружено значимое обогащение КЭ (пар «якорь» - партнёр»), для которых между ТФ в парах экспериментально доказаны ББВ. Ранее опубликованный контрольный набор экспериментально подтвержденных КЭ показал, что ПК MCOT существенно превосходит по точности предсказания доступных ранее ПК. Разработан алгоритм расчета значимости обогащения асимметричных КЭ с большей консервативностью одного из участвующих мотивов. Анализ наборов данных ChIP-seq для ТФ человека показал, что почти для всех семейств целевых ТФ совместная встречаемость пар мотивов с более консервативными мотивами партнёрских ТФ значительно выше, чем встречаемость пар с более консервативными мотивами якорных ТФ. Разработаны реализации ПК MCOT для запуска из командной строки https://gitlab.sysbio.cytogen.ru/academiq/mcot-kernel, а также веб-интерфейс https://webmcot.sysbio.cytogen.ru/. Интерфейс визуализирует результаты в виде диаграмм, отражающих структуру КЭ в зависимости от взаимного расположения и ориентаций двух мотивов; лого, показывающих частоты нуклеотидов в разных позициях КЭ, и тепловых карт, выявляющих асимметрию консервативностей якорного и партнёрского мотивов в составе КЭ. Веб сервер позволяет производить сортировку КЭ с партнёрскими мотивами разных ТФ по значимости совместной встречаемости. Мы разработали версию de novo для модели мотива SiteGA, которая учитывает зависимости нуклеотидов в пределах сайтов. Мы разработали версию MCOT для готовых профилей любой модели мотива, включая традиционную модель позиционной весовой матрицы (ПВМ) и нетрадиционные модели BaMM и SiteGA. Мы разработали версию MCOT для оценки совместной встречаемости кластеров из трёх и более мотивов с учётом их возможных перекрываний и расположений со спейсерами. Мы разработали конвейер MultiDeNA для совместного применения различных моделей поиска мотивов de novo с целью выявления различных структурных типов якорных мотивов в данных ChIP-seq. Функциональность нескольких КЭ была верифицировна in vivo методом направленного мутагенеза.