[發(fā)明專利]一種利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息識別顯著生物通路的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310028142.4
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103093119A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧祖光;范垚;李捷;王進(jìn)
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G06F19/18
• 分類號: G06F19/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 胡建華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高通量生物芯片基因表達(dá)檢測方法，特別涉及基因表達(dá)譜芯片檢測中利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息識別被顯著影響的生物通路的方法。

背景技術(shù)

高通量技術(shù)和組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得人們可以在系統(tǒng)水平上對生物體內(nèi)部的分子過程進(jìn)行檢測，從而有助于了解基因及其它生物分子所參與的復(fù)雜的相互作用。基因芯片技術(shù)被廣泛應(yīng)用于測量基因組水平的基因表達(dá)值，從而產(chǎn)生出海量的生物數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的生物意義解讀是當(dāng)前基因芯片技術(shù)的一個難點。由于生物系統(tǒng)主要是通過基因與基因之間的相互作用而實現(xiàn)功能，因此，與傳統(tǒng)的單基因分析方法不同，基因芯片數(shù)據(jù)處理的新挑戰(zhàn)是如何找出被一組相關(guān)基因所影響的生物過程。特定生物過程常用其生物通路來表述，即指一組基因和小分子以化學(xué)反應(yīng)、分子修飾或者信號傳導(dǎo)的方式來實現(xiàn)特定生物功能的分子網(wǎng)絡(luò)。由于生物通路通過基本的基因網(wǎng)絡(luò)回路來實現(xiàn)特定的生物功能，那么對生物通路的干擾必定導(dǎo)致正常生物系統(tǒng)的紊亂。因此，在特定的生物條件下去尋找顯著變化的生物通路能夠有助于研究人員把注意力集中到對生物系統(tǒng)最為重要的一組基因上去。但是由于目前尋找顯著的生物通路的方法把所有基因視為等同地位，因此在具體應(yīng)用中還無法達(dá)到滿意的效果。生物中通路包含著最重要的信息，即，其中的成員基因是如何與其他基因進(jìn)行相互作用的。很明顯對生物通路中關(guān)鍵基因的干擾要比對非關(guān)鍵基因的干擾對整個生物通路的影響更大。生物通路的形式是一個網(wǎng)絡(luò)或者圖，其中包含了節(jié)點和邊，因此，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)信息對于衡量生物通路的顯著性是至關(guān)重要的。目前的方法并沒有考慮到生物通路的結(jié)構(gòu)信息，因此在實際的應(yīng)用中對于揭示由于關(guān)鍵基因和關(guān)鍵調(diào)控路徑所影響的生物通路還存在著很大的不足，無法找到真正起關(guān)鍵作用的生物通路。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)識別顯著生物通路方法的不足，提出一種更加有效的利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息的識別顯著生物通路的方法，這種方法找到的生物通路能夠揭示出其中重要的關(guān)鍵基因和調(diào)控路徑。

技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息識別顯著生物通路的方法，包括以下步驟：

步驟1，輸入基因芯片數(shù)據(jù)，選擇基因ID類型；

步驟2，整理和使用公共的生物通路數(shù)據(jù)集，將基因芯片所含基因歸屬到所屬已知的生物通路中；

步驟3，使用生物通路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息和基因芯片的表達(dá)信息計算每條生物通路的差異性總得分；

步驟4，構(gòu)建隨機(jī)對照數(shù)據(jù)，計算每條生物通路的顯著性，即p值；

步驟5，對計算出的p值進(jìn)行多假設(shè)檢驗的FDR控制，即對原始p值進(jìn)行校正；

步驟6，根據(jù)設(shè)定的修正后的p值的閾值，判斷每條生物通路的顯著性是否符合閾值要求，如果判斷結(jié)果為否，則拋棄；如果判斷結(jié)果為是，則輸出識別結(jié)果。

本發(fā)明中，步驟1中，輸入的基因芯片數(shù)據(jù)一般為矩陣格式，其中行對應(yīng)著基因，列對應(yīng)著不同的實驗樣本。基因統(tǒng)一使用Symbol來表示。

本發(fā)明中，步驟2中，使用公共的生物通路數(shù)據(jù)集，對其中的每一條生物通路，判斷基因芯片中的基因是否屬于此生物通路。

本發(fā)明中，步驟3中使用生物通路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息和基因芯片表達(dá)信息計算每條生物通路的差異性具體包括以下步驟：步驟11將生物通路中的基因映射為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；步驟12計算網(wǎng)絡(luò)中心性指標(biāo)；步驟13使用基因芯片數(shù)據(jù)判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點被差異表達(dá)影響的程度；步驟14計算生物通路整體差異性的總得分；

步驟11中，對生物通路中的每個節(jié)點判斷其是否包含基因以及所包含基因的數(shù)目。

步驟12中所述的網(wǎng)絡(luò)中心性指標(biāo)一共有三種：

a)度：與網(wǎng)絡(luò)中某個節(jié)點直接相連的節(jié)點個數(shù)，衡量一個基因調(diào)控其他基因的個數(shù)，按照網(wǎng)絡(luò)邊的方向，度分為入度和出度；

b)最短路徑中間性：衡量經(jīng)過一個節(jié)點的信息流數(shù)量，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,衡量起樞紐作用的關(guān)鍵基因,定義為，