以癌癥為主的許多復(fù)雜的疾病日益威脅著人類的健康,然而它們內(nèi)在的致病機理卻仍然是當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)所面臨的重大問題之一。復(fù)雜生物網(wǎng)絡(luò)通過系統(tǒng)科學(xué)的思想,為生命現(xiàn)象的動態(tài)過程研究提供了一個整體的視角。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)差異性的研究,重點是對導(dǎo)致兩個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生明顯變化的關(guān)鍵模塊——核心差異子圖(Kernel Differential Sub-graph,KDS)的提取。本文立足于差異性網(wǎng)絡(luò)比對,以KDS的挖掘為目標(biāo),主要關(guān)注了兩個方面的問題:(1)在生命發(fā)展的變化過程中,生物網(wǎng)絡(luò)的變化不只是體現(xiàn)在原有分子拓撲結(jié)構(gòu)的變化上,還包括某些生物分子的消失以及某些新的生物分子的出現(xiàn);(2)復(fù)雜生物網(wǎng)絡(luò)的差異性不僅要考慮拓撲的變化,也要考慮分子的生物學(xué)意義。本文基于差異性網(wǎng)絡(luò)比對,提出了一種新的適用于不同節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)間KDS提取的方法(Kernel Differential Sub-graph of Networks with Different Nodes)——KDS-DN,并成功應(yīng)用于非小細胞癌(Non-small Cell Lung Cancer,NSCLC)網(wǎng)絡(luò)差異性研究中。本文的主要工作及創(chuàng)新內(nèi)容如下:(一)提出了一種新的KDS提取算法KDS-DN。該算法實現(xiàn)具有一定相似性的網(wǎng)絡(luò)之間的差異性比對,這些網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量可以不同,但其中有部分節(jié)點相同或者相似。KDS-DN通過相似性比對算法,對節(jié)點進行一一匹配。對于相同的節(jié)點,通過拓撲變化理論,計算拓撲變化;對于不同的節(jié)點,考慮其拓撲變化及節(jié)點的生物學(xué)意義,并根據(jù)差異值挑選核心差異節(jié)點。進一步,論文提出了提取KDS的三個原則:子圖連通、規(guī)模最小化和差異性最大化。根據(jù)這三個原則,提取網(wǎng)絡(luò)間的核心差異模塊,并通過統(tǒng)計學(xué)方法和基于最短路徑的方法來證明算法的有效性。(二)將KDS-DN算法成功應(yīng)用于NSCLC基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)差異性比對中。NSCLC基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)差異性比對的前期工作主要包括數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、基因篩選、不同狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等�；诨及┖驼＞W(wǎng)絡(luò)之間的差異性比對,發(fā)現(xiàn)了30個最有可能與NSCLC相關(guān)的基因,并提取出了相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的KDS模塊。同時,還挖掘出了兩個與PI3K/AKT、MAPK和PRKC等信號通路相關(guān)的重要功能模塊。GO(Gene Ontology)富集分析和文獻挖掘都表明,本文挖掘出的KDS模塊和兩個功能模塊,與NSCLC的致病機理具有極強的關(guān)系。此外,本文還將KDS-DN與現(xiàn)有同等方法相比,證明了它的合理性和有效性。當(dāng)然,KDS-DN同樣可以用于其它重大疾病相關(guān)基因的預(yù)測和功能模塊的挖掘。
【學(xué)位單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP301.6;O157.5
【部分圖文】：

圖 1-1 基因組學(xué)文章研究數(shù)量隨時間變化關(guān)系當(dāng)然，信息科技的進步，也不斷推進了這些大組學(xué)數(shù)據(jù)的積累，如 NCBIGenome Workbench[11]，NCBI GEO[12]，Ensembl 數(shù)據(jù)庫[13, 14]，KEGG 數(shù)據(jù)庫[14]，GenomeView 工具[15]等，對不同類型的基因組學(xué)數(shù)據(jù)進行了整理和可視化。這些工具和數(shù)據(jù)庫的積累，也為我們做進一步的基因組學(xué)分析奠定了扎實的基礎(chǔ)。（2）基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究概況從描述不同物種之間生物相互作用的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)到復(fù)雜的生化網(wǎng)絡(luò)模擬分子在細胞水平上的行為，生物學(xué)研究在大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)和相互作用的化學(xué)成分的背景下，已經(jīng)取得了不錯的研究成果。最值得注意的是，基因組技術(shù)的迅速發(fā)展產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，利用基因組數(shù)據(jù)重建生化網(wǎng)絡(luò)的過程，也被稱為網(wǎng)絡(luò)推理或逆向工程，有助于闡明各種生物體復(fù)雜的生物過程和疾病機制的性質(zhì)。特別是，了解基因型特征與表型特征之間的關(guān)系，對于解釋疾病通路、識別預(yù)后和診斷的生物標(biāo)志物，具有舉足輕重的地位[16]。在這種網(wǎng)絡(luò)中，轉(zhuǎn)錄因子、RNA 和其他小

圖 2-1 HGA 算法的主要步驟圖所示，HGA 算法以一個初始矩陣作為輸入，初始矩陣的構(gòu)建即為的兩兩相似性。Blast[42]是一個用于比較核苷酸和氨基酸序列相似。然后，考慮到每個節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)，以此作為中間輸入，對相更新，并不斷迭代，直到匹配的結(jié)果趨于收斂。絡(luò)比對相關(guān)評判標(biāo)準(zhǔn)近年來對于網(wǎng)絡(luò)差異性比對的方法越來越多，但是并沒有一個黃金價方式來對差異性比對的結(jié)果進行評估�；蛘哒f，當(dāng)我們得到了前S 模塊，我們怎樣說明這兩個模塊的差異性足夠大，規(guī)模足夠小?絡(luò)相似性比對中，通常使用 EC（edge correctness）[28]和 PE（poin3]值作為兩個網(wǎng)絡(luò)相似性的評判標(biāo)準(zhǔn)，EC 和 PE 值越大，表示兩個

2.3 圖元及圖元向量2.3.1 圖元的基本概念通常用于衡量全局結(jié)構(gòu)特征的統(tǒng)計特性包括度分布、網(wǎng)絡(luò)直徑、聚集系數(shù)等。在全局特性的基礎(chǔ)上，一個新的基于自上而下的方法在 21 世紀(jì)初被提出來，它關(guān)注小的、反復(fù)出現(xiàn)的模式，被稱為 motifs，這種方法就叫做圖元。圖元是由 2,3, 4 個或更多的節(jié)點構(gòu)成的所有非同構(gòu)的子圖的集合組成的。如下圖 2-4 所示，表示 2~4 個節(jié)點的圖元集合。對于每個圖元，具有相同拓撲(度)的節(jié)點以相同的形式表示，同一圖元中度不同的節(jié)點用不同的形式表示。所有圖元中節(jié)點的種類，被稱為軌道（orbit）。因此，我們可以得到 15 種不同的軌道，標(biāo)號為 0~14。

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1 謝洪利;蔣海軍;;具有變時滯的隨機基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的指數(shù)穩(wěn)定性分析(英文)[J];新疆大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年04期

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5 崔光照;張勛才;牛云云;;重建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[J];生物信息學(xué);2007年03期

6 呂悅;張敏;秦旭東;嚴(yán)佳;;布爾網(wǎng)絡(luò)到離散時間馬爾科夫模型的轉(zhuǎn)換及性質(zhì)研究——以大鼠干細胞基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)為例[J];華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2018年01期

7 劉飛;張庭;;貝葉斯方法的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J];自動化技術(shù)與應(yīng)用;2018年03期

8 易東,李輝智;基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究與數(shù)學(xué)模型的建立[J];中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志;2003年24期

9 柳偉偉;賀佳;吳騁;虞慧婷;金志超;葉小飛;;微分方程模型在基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中的應(yīng)用[J];中國衛(wèi)生統(tǒng)計;2008年01期

10 江舟;錢子剛;;金鐵鎖活性成分基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其產(chǎn)物評價研究進展[J];中國民族民間醫(yī)藥;2014年05期

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3 申建偉;;小RNA調(diào)控的癌癥網(wǎng)絡(luò)的斑圖動力學(xué)行為及其產(chǎn)生機制的研究[A];第三屆海峽兩岸動力學(xué)、振動與控制學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2013年

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5 張軍霞;張安玲;王穎毅;史振東;蘭鳳鳴;韓磊;浦佩玉;康春生;;基于文本挖掘識別膠質(zhì)瘤調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的核心信號[A];中國的遺傳學(xué)研究——遺傳學(xué)進步推動中國西部經(jīng)濟與社會發(fā)展——2011年中國遺傳學(xué)會大會論文摘要匯編[C];2011年

6 黃英武;郭健;孫之榮;;基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和多信息融合的腫瘤基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析[A];第九次全國生物物理大會學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2002年

7 崔光照;張勛才;曹祥紅;;重建轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[A];中國生物工程學(xué)會第四次會員代表大會暨學(xué)術(shù)討論會論文摘要集[C];2005年

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9 李凡;;基于整合組學(xué)的結(jié)核分枝桿菌感染特征性宿主免疫機制研究[A];第九屆中國臨床微生物學(xué)大會暨微生物學(xué)與免疫學(xué)論壇論文集[C];2018年

10 劉貝;李勇;孟繁疆;蘆艷敏;;基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型的研究[A];黑龍江省計算機學(xué)會2007年學(xué)術(shù)交流年會論文集[C];2007年

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1 通訊員 趙若蘋 記者 趙漢斌;祖先基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)機制決定螞蟻等級[N];科技日報;2019年

2 秦嶺;我國科研人員發(fā)現(xiàn)決定稻米食用品質(zhì)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2009年

3 任海軍;中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)稻米食用品質(zhì)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[N];糧油市場報;2009年

4 記者 馮衛(wèi)東;加發(fā)現(xiàn)可控制種子“綠化”的基因[N];科技日報;2013年

5 向杰;王敏杰：才出“973”,又入“863”[N];科技日報;2006年

6 馮衛(wèi)東;加發(fā)現(xiàn)可控制種子“綠化”的基因[N];山東科技報;2013年

7 本報記者 馬愛平;雷錦妼：用數(shù)學(xué)思路解讀癌癥[N];科技日報;2015年

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1 黃博;基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中基序的動力學(xué)和功能研究[D];南京大學(xué);2016年

2 張遠;具有轉(zhuǎn)錄和翻譯時滯的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的振蕩動力學(xué)研究[D];上海大學(xué);2018年

3 黃小娜;基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)辨識與功能分析[D];西安理工大學(xué);2018年

4 艾對元;幾種基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的比較[D];蘭州大學(xué);2008年

5 閆芳;MicroRNA對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)行為影響的研究[D];上海大學(xué);2013年

6 桂容;前饋型基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中噪聲的傳播機制研究[D];華中師范大學(xué);2017年

7 吳海霞;幾類動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究[D];重慶大學(xué);2009年

8 鄭德生;基于GSTE中抽象問題的研究及其應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2014年

9 趙路陽;應(yīng)用高通量測序技術(shù)揭示子宮內(nèi)膜異位癥微小RNA-轉(zhuǎn)錄因子—靶基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究[D];中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院;2017年

10 王彤;基于不完全信息的生物網(wǎng)絡(luò)隨機非線性建模與控制研究[D];東華大學(xué);2014年

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1 陳薇潞;幾類具有混合時滯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)估計與濾波[D];哈爾濱理工大學(xué);2018年

2 徐峰;結(jié)核分枝桿菌H37Rv感染THP-1源性巨噬細胞基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與分析[D];吉林大學(xué);2018年

3 王月寶;隨機基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型穩(wěn)定性研究[D];北方民族大學(xué);2018年

4 孟慶飛;基于多模型融合的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)建模研究[D];濟南大學(xué);2018年

5 何睿杰;基于邏輯關(guān)系推斷基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[D];西安電子科技大學(xué);2018年

6 彭玲;基于信息論的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建算法研究[D];湖南大學(xué);2014年

7 姜莉;EM和EKF算法在基因調(diào)控關(guān)系建模和分析中的應(yīng)用[D];福州大學(xué);2017年

8 路東方;基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)差異性比對算法研究[D];上海大學(xué);2018年

9 張峰;基于特征選擇和拓撲分析的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)研究[D];浙江大學(xué);2018年

10 呂朝磊;糖尿病并發(fā)癥基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與組合藥物設(shè)計[D];北京中醫(yī)藥大學(xué);2018年

本文編號：2821434