Thematic Annotation: extracting concepts out of documents

Contrarily to standard approaches to topic annotation, the technique used in this work does not centrally rely on some sort of -- possibly statistical -- keyword extraction. In fact, the proposed annotation algorithm uses a large scale semantic database -- the EDR Electronic Dictionary -- that provides a concept hierarchy based on hyponym and hypernym relations. This concept hierarchy is used to generate a synthetic representation of the document by aggregating the words present in topically homogeneous document segments into a set of concepts best preserving the document's content. This new extraction technique uses an unexplored approach to topic selection. Instead of using semantic similarity measures based on a semantic resource, the later is processed to extract the part of the conceptual hierarchy relevant to the document content. Then this conceptual hierarchy is searched to extract the most relevant set of concepts to represent the topics discussed in the document. Notice that this algorithm is able to extract generic concepts that are not directly present in the document.Comment: Technical report EPFL/LIA. 81 pages, 16 figure

Large-Scale Analysis of Protein-Ligand Binding Sites using the Binding MOAD Database.

Current structure-based drug design (SBDD) methods require understanding of general tends of protein-ligand interactions. Informative descriptors of ligand-binding sites provide powerful heuristics to improve SBDD methods designed to infer function from protein structure. These descriptors must have a solid statistical foundation for assessing general trends in large sets of protein-ligand complexes. This dissertation focuses on mining the Binding MOAD database of highly curated protein-ligand complexes to determine frequently observed patterns of binding-site composition. An extension to Binding MOAD’s framework is developed to store structural details of binding sites and facilitate large-scale analysis. This thesis uses the framework to address three topics. It first describes a strategy for determining over-representation of amino acids within ligand-binding sites, comparing the trends of residue propensity for binding sites of biologically relevant ligands to those of spurious molecules with no known function. To determine the significance of these trends and to provide guidelines for residue-propensity studies, the effect of the data set size on the variation in propensity values is evaluated. Next, binding-site residue propensities are applied to improve the performance of a geometry-based, binding-site prediction algorithm. Propensity-based scores are found to perform comparably to the native score in successfully ranking correct predictions. For large proteins, propensity-based and consensus scores improve the scoring success. Finally, current protein-ligand scoring functions are evaluated using a new criterion: the ability to discern biologically relevant ligands from “opportunistic binders,” molecules present in crystal structures due to their high concentrations in the crystallization medium. Four different scoring functions are evaluated against a diverse benchmark set. All are found to perform well for ranking biologically relevant sites over spurious ones, and all performed best when penalties for torsional strain of ligands were included. The final chapter describes a structural alignment method, termed HwRMSD, which can align proteins of very low sequence homology based on their structural similarity using a weighted structure superposition. The overall aims of the dissertation are to collect high-quality binding-site composition data within the largest available set of protein-ligand complexes and to evaluate the appropriate applications of this data to emerging methods for computational proteomics.Ph.D.BioinformaticsUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/91400/1/nickolay_1.pd

Optimiertes Design kombinatorischer Verbindungsbibliotheken durch Genetische Algorithmen und deren Bewertung anhand wissensbasierter Protein-Ligand Bindungsprofile

In dieser Arbeit sind die zwei neuen Computer-Methoden DrugScore Fingerprint (DrugScoreFP) und GARLig in ihrer Theorie und Funktionsweise vorgestellt und validiert worden. DrugScoreFP ist ein neuartiger Ansatz zur Bewertung von computergenerierten Bindemodi potentieller Liganden für eine bestimmte Zielstruktur. Das Programm basiert auf der etablierten Bewertungsfunktion DrugScoreCSD und unterscheidet sich darin, dass anhand bereits bekannter Kristallstrukturen für den zu untersuchenden Rezeptor ein Referenzvektor generiert wird, der zu jedem Bindetaschenatom Potentialwerte für alle möglichen Interaktionen enthält. Für jeden neuen, computergenerierten Bindungsmodus eines Liganden lässt sich ein entsprechender Vektor generieren. Dessen Distanz zum Referenzvektor ist ein Maß dafür, wie ähnlich generierte Bindungsmodi zu bereits bekannten sind. Eine experimentelle Validierung der durch DrugScoreFP als ähnlich vorhergesagten Liganden ergab für die in unserem Arbeitskreis untersuchten Proteinstrukturen Trypsin, Thermolysin und tRNA-Guanin Transglykosylase (TGT) sechs Inhibitoren fragmentärer Größe und eine Thermolysin Kristallstruktur in Komplex mit einem der gefundenen Fragmente. Das in dieser Arbeit entwickelte Programm GARLig ist eine auf einem Genetischen Algorithmus basierende Methode, um chemische Seitenkettenmodifikationen niedermolekularer Verbindungen hinsichtlich eines untersuchten Rezeptors effizient durchzuführen. Zielsetzung ist hier die Zusammenstellung einer Verbindungsbibliothek, welche eine benutzerdefiniert große Untermenge aller möglichen chemischen Modifikationen Ligand-ähnlicher Grundgerüste darstellt. Als zentrales Qualitätskriterium einzelner Vertreter der Verbindungsbibliothek dienen durch Docking erzeugte Ligand-Geometrien und deren Bewertungen durch Protein-Ligand-Bewertungsfunktionen. In mehreren Validierungsszenarien an den Proteinen Trypsin, Thrombin, Faktor Xa, Plasmin und Cathepsin D konnte gezeigt werden, dass eine effiziente Zusammenstellung Rezeptor-spezifischer Substrat- oder Ligand-Bibliotheken lediglich eine Durchsuchung von weniger als 8% der vorgegebenen Suchräume erfordert und GARLig dennoch im Stande ist, bekannte Inhibitoren in der Zielbibliothek anzureichern