[發明專利]一種基于網絡節點關聯度的共調控網絡功能模塊識別方法及系統

有效

• 申請號: 201710853536.1
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107679367B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 駱嘉偉;向根;晏峻峰;王偉勝;劉東波;劉青平
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G16B25/00
• 分類號: G16B25/00;G16B20/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 龔燕妮

本發明公開了一種基于網絡節點關聯度的共調控網絡功能模塊識別方法。基于網絡節點關聯度的概念，將共調控網絡中的關鍵調控子作為種子節點，并利用LASSO構建帶權共調控網絡，在該帶權網絡中識別共調控功能模塊。本發明實現簡單，只需根據表達譜數據和調控關系就能比較準確地識別出共調控網絡中的功能模塊，并且通過實驗證明識別的功能模塊具有很重要的生物意義，對于復雜疾病的致病機理研究具有重要的理論意義和實用價值。

技術領域

本發明屬于計算生物學領域，涉及網絡節點關聯度的共調控網絡功能模塊識別方法及系統。

背景技術

新一代高通量測序技術(High-throughput Sequencing Technology)的出現與廣泛應用使得獲取的生物數據快速增長，這些數據包括基因組、蛋白質組、核酸、DNA與RNA序列數據，與此同時一系列生物數據處理方法應運而生，對生物數據的分析挖掘日益成為生物信息學研究的重點。后基因組時代，基于全基因組關聯研究(Genome-Wide AssociationStudies，GWAS)通過對復雜疾病的成套DNA全基因組測序，致力于發現疾病的基因變異和單核苷酸多態性，研究并確定疾病易感區域和相關基因，尋找疾病標記物并實現疾病的早期診斷和有效的個性化治療，開發新的藥物和采取特異性防治措施。此外，通過微陣列及各種序列技術獲得的大量表達譜數據為分析比較不同樣本中差異表達的基因提供了有利支撐。計算生物學方法從不同水平對各種生物因子進行深入研究，極大促進了對生物體的復雜疾病致病機理的理論認知。

分析由調控子、靶基因和蛋白質等生物分子形成的復雜生物網絡，是生物信息學的一個重要研究內容。目前的生物網絡有轉錄調控網絡、miRNA調控網絡、共調控網絡和蛋白質相互作用網絡等。生物網絡是生物體內各種分子通過相互作用來完成各種生物功能的一個體系。該體系將基因、蛋白質、轉錄因子、非編碼RNA等因子聯系在一起，反映了生物體內的復雜結構。基于網絡水平的研究，不僅有助于從整體上理解生物體內各種負責事件發生的內在關聯和機制，并且能夠加深對細胞生長、發育、凋亡、分化、信號傳導和代謝調控等生命活動規律的認識，為生命科學的發展和復雜疾病深入分析提供理論依據。疾病是當今人類面臨的健康難題之一。其中，復雜疾病(如癌癥、糖尿病、心血管疾病等)嚴重危害著人類的健康和生命，因此，研究復雜疾病的致病機理具有重要的現實意義。復雜疾病又稱多基因病，是指由多個基因位點共同參與，且和環境因素相互作用決定表型的遺傳疾病。越來越多的實驗證據證明復雜疾病的發生和發展不僅是由單個基因突變導致，而是眾多基因通過蛋白質復合物，調控網絡及以調控作用通路來控制。因此單純從基因或蛋白質等某一個角度去研究難以全面了解復雜疾病的發生發展過程。

生物網絡作為從系統層次上分析細胞行為及各分子功能的研究方法吸引了大量研究者的關注。對網絡的拓撲結構和功能模塊挖掘等方面的研究都取得了顯著成果。共調控網絡中包含兩種調控子(miRNA和轉錄因子)和靶基因。其網絡的邊類型也多樣，主要包含轉錄因子調控miRNA、轉錄因子調控靶基因、miRNA調控轉錄因子和靶基因的調控作用、靶基因之間的相互作用，這些調控作用體現了細胞分子生命過程和功能執行的各個階段，所以共調控網絡包含比單個網絡更豐富的生物信息。功能模塊作為細胞生物功能實現的主要載體，是生物網絡水平的熱點研究對象。由于共調控網絡涉及的節點類型和邊類型多樣，目前缺乏有效的方法識別共調控網絡中的功能模塊。

因此，有必要設計一種基于網絡節點關聯度的共調控網絡功能模塊識別方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于網絡節點關聯度的共調控網絡功能模塊識別方法及系統。該方法基于共調控網絡節點關聯度，只需根據表達譜數據和調控關系數據就能比較準確地識別共調控網絡中具有生物意義的功能模塊。

發明的技術解決方案如下：

一種基于網絡節點關聯度的共調控網絡功能模塊識別方法，包括以下步驟：

步驟1)構建帶權共調控網絡：