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Insights gained from a comprehensive all-against-all transcription factor binding motif benchmarking study

Résumé

BackgroundPositional weight matrix (PWM) is a de facto standard model to describe transcription factor (TF) DNA binding specificities. PWMs inferred from in vivo or in vitro data are stored in many databases and used in a plethora of biological applications. This calls for comprehensive benchmarking of public PWM models with large experimental reference sets.ResultsHere we report results from all-against-all benchmarking of PWM models for DNA binding sites of human TFs on a large compilation of in vitro (HT-SELEX, PBM) and in vivo (ChIP-seq) binding data. We observe that the best performing PWM for a given TF often belongs to another TF, usually from the same family. Occasionally, binding specificity is correlated with the structural class of the DNA binding domain, indicated by good cross-family performance measures. Benchmarking-based selection of family-representative motifs is more effective than motif clustering-based approaches. Overall, there is good agreement between in vitro and in vivo performance measures. However, for some in vivo experiments, the best performing PWM is assigned to an unrelated TF, indicating a binding mode involving protein-protein cooperativity.ConclusionsIn an all-against-all setting, we compute more than 18 million performance measure values for different PWM-experiment combinations and offer these results as a public resource to the research community. The benchmarking protocols are provided via a web interface and as docker images. The methods and results from this study may help others make better use of public TF specificity models, as well as public TF binding data sets.

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Concepts associés (28)
Facteur de transcription
vignette|upright=2.2|Schéma simplifié du mécanisme d'un activateur. Un facteur de transcription est une protéine nécessaire à l'initiation ou à la régulation de la transcription d'un gène dans l'ensemble du vivant (procaryote ou eucaryote). Elle interagit avec l'ADN et l'ARN-polymérase. Il existe une classification complexe des facteurs de transcription. Les facteurs généraux de la transcription, impliqués dans la composition de la machinerie transcriptionnelle basale organisée autour de l'ARN polymérase II.
In vitro
la (en latin : « sous verre ») s'applique à toute activité expérimentale réalisée sur micro-organismes, organes ou cellules en dehors de leur contexte naturel (en dehors de l'environnement, de l'organisme vivant ou de la cellule) et en conditions définies et contrôlées. Un exemple est la fécondation in vitro (FIV). Le terme « in vitro » provient du latin qui signifie « sous verre ». Il est à mettre en association avec les termes « in vivo » et « in silico ».
Transcription (biologie)
En biologie moléculaire, la transcription est la première étape de l'expression génique basée sur l'ADN, au cours de laquelle un segment particulier d'ADN est « copié » en ARN par une enzyme appelée ARN polymérase. Chez les eucaryotes, la transcription se déroule dans le noyau des cellules. Certains types d'ARN appélés « ARN non codants » n'ont pas vocation à être traduits en protéines et peuvent jouer un rôle régulateur ou structurel (par exemple les ARN ribosomiques).
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