[發明專利]一種基于復雜網絡的腫瘤轉移關鍵基因檢索方法

在審

• 申請號: 202010004969.1
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111192639A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 楊天濠;徐晨曦;王子赫
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G16B40/00
• 分類號: G16B40/00;G16B20/00;G16B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明結合隨機游走重啟算法和最短路徑算法，提出一種基于復雜網絡的腫瘤轉移關鍵基因檢索方法，來檢索與篩選導致腫瘤轉移的關鍵基因集。其中，通過在PPI網絡上運行隨機游走重啟算法并利用置換檢驗方法排除網絡結構對結果的影響，得到了腫瘤轉移候選基因。然后，通過在構建的局部PPI網絡上運行最短路徑算法得到了腫瘤轉移關鍵基因。最后對腫瘤轉移關鍵基因進行富集分析及文獻挖掘，可以驗證結果的準確性和方法的有效性，從基因層面揭示腫瘤轉移的病理機制。

技術領域

本發明屬于生物信息學技術領域，具體涉及到一種基于復雜網絡的腫瘤轉移關鍵基因檢索方法。

背景技術

惡性腫瘤是危害人類健康的全球公共衛生問題之一，其中轉移是惡性腫瘤發生和演變過程中最危險的階段。腫瘤轉移是一個多步驟、多階段、多途徑、涉及多基因變化的復雜過程。臨床上，60％以上的惡性腫瘤患者在被確診時已經發生轉移，它是導致癌癥患者死亡的主要原因之一。

生物學研究證明，特定的遺傳背景對腫瘤轉移有著重要的影響。近年來，從基因組水平篩選與轉移表型相關的功能基因已經成為腫瘤轉移研究領域的熱點，它可以為轉移的診療提供分子標志和靶點，有利于在基因水平揭示腫瘤轉移的本質，為改進腫瘤的診斷方法和治療手段提供依據。

目前，腫瘤轉移相關基因的鑒定和驗證主要依賴于臨床醫學及生物實驗，需要花費大量的時間和經濟成本，限制了發現的能力。隨著生物信息學的發展，一些計算方法被應用于致病基因的發現，相對于臨床醫學與生物實驗，計算方法具有高效、低成本的特點。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種基于復雜網絡的腫瘤轉移關鍵基因檢索方法，來發現導致腫瘤轉移的關鍵基因集。

本發明的具體步驟如下：

S1，通過從STRING等在線數據庫中獲取蛋白質相互作用數據，構建PPI(protein-protein interaction)網絡；

S2，根據已知的腫瘤轉移類型(腫瘤A向腫瘤B轉移)，從不同數據庫中分別收集和整理腫瘤A和腫瘤B的相關基因數據，其集合定義為S_a和S_b，并對基因數據進行預處理，使其對應在PPI網絡中；

S3，將S2中得到的基因整合作為種子節點，在PPI網絡上運行隨機游走重啟算法，得到網絡中每個基因的概率得分，選擇概率得分大于10^-5的基因，稱為RWR基因；

S4，通過置換檢驗刪除p-value值大于0.1的基因，得到的基因稱為候選基因；

S5，在PPI網絡中選取S4中候選基因之間的相互作用，構建一個局部PPI網絡，表示候選基因間的相互關系，并改變該網絡的權重；

S6，在S5中的局部PPI網絡上搜索S_a中所有基因到S_b中所有基因的最短路徑；

S7，根據S6的結果，計算除種子節點外每個節點的介數中心性，選擇介數中心性大于0.01的節點對應的基因，這些基因稱為腫瘤轉移關鍵基因；

S8，對S7中得到的腫瘤轉移關鍵基因進行富集分析及文獻挖掘驗證。

本發明的技術方案特征和改進為：

對于步驟S1，PPI(蛋白質-蛋白質相互作用)是指兩個蛋白質分子通過非共價鍵形成蛋白質復合體的過程，PPI在細胞內和細胞間生化過程中起著重要作用，可用于遺傳疾病的研究，蛋白質相互作用信息包含了蛋白質之間的物理和功能聯系，可以更廣泛地表達蛋白質之間的關系，研究證明，PPI中的兩種蛋白更有可能具有類似的功能，因此，利用蛋白質相互作用信息構建PPI網絡可以檢索與腫瘤轉移有關的關鍵基因，PPI網絡中節點表示蛋白質，當兩個蛋白質之間存在相互作用時，其對應節點之間存在一條連邊，邊權表示蛋白質之間的置信得分。