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随机矩阵理论在肺癌基因网络识别中的应用

物理学报 2009年第10期58卷 6703-6708页

作者：李蓉颜平兰陈健李俊李金张凯旺钟建新湘潭大学材料与光电物理学院湘潭411105

利用随机矩阵理论(RMT)方法除去肺癌基因表达数据中的噪声,并将去噪后的数据分别用模块方法和等级聚类方法进行处理.比较两种方法处理后的结果,发现RMT-等级聚类方法不仅能给出模块,还能给出模块间的关联强度.研究表明,RMT-等级聚类方... 详细信息

利用随机矩阵理论(RMT)方法除去肺癌基因表达数据中的噪声,并将去噪后的数据分别用模块方法和等级聚类方法进行处理.比较两种方法处理后的结果,发现RMT-等级聚类方法不仅能给出模块,还能给出模块间的关联强度.研究表明,RMT-等级聚类方法是一种有效的识别基因网络的新方法.

关键词：随机矩阵理论等级聚类基因网络肺癌

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基于突变基因网络的致癌驱动通路检测算法

计算机学报 2018年第6期41卷 1400-1414页

作者：吴昊西北农林科技大学信息工程学院陕西杨凌712100

通过检测突变驱动通路研究癌症的发病机理是当前癌症基础性研究的关键问题之一.该研究以人类基因组工程提供的体细胞突变数据为研究对象,结合基因组图谱中广泛存在的互斥性原理,提出一种新型的基于基因互斥网络的致癌突变驱动通路检测算... 详细信息

通过检测突变驱动通路研究癌症的发病机理是当前癌症基础性研究的关键问题之一.该研究以人类基因组工程提供的体细胞突变数据为研究对象,结合基因组图谱中广泛存在的互斥性原理,提出一种新型的基于基因互斥网络的致癌突变驱动通路检测算法(Megnet).该算法首先利用大量癌症病人的体细胞突变数据,结合基因间互斥性原理构建突变基因网络,然后检测该网络中具有高覆盖的最大完全子图.为验证算法的效率和鲁棒性,我们将该算法应用于模拟数据中,结果显示所有模拟过程均在15秒内完成驱动通路检测,Megnet算法比Dendrix和Multi-Dendrix算法运行时间更短且结果准确率更高.同时为验证算法的有效性,我们将该算法应用于肺癌数据和神经胶质瘤体细胞突变数据中,结果显示Megnet算法不仅比Dendrix和Multi-Dendrix算法检测的基因集合具有更高的生物相关性和统计显著性,而且还检测出一些可供生物验证的新候选基因集合,并且这些检测的基因集合与已知的P53、RB、RAS和PI3K等信号通路及细胞循环和细胞凋亡通路具有较高的重叠.Megnet算法不需要指定通路中的基因个数和任何先验知识,为癌症发病机理研究提供新视野.该算法通过构建突变基因网络,简化了基因间相互关联关系,降低了算法复杂度,提高了致癌突变驱动通路检测的效率和准确性,对于癌症发病机理研究具有较强的理论意义和实践价值.

关键词：癌症基因组发病机理突变驱动通路体细胞突变互斥性基因网络生物信息学

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基于偏最小二乘回归的基因网络数学建模

系统仿真学报 2009年第4期21卷 1148-1154,1158页

作者：朱洵荣起国中国劳动关系学院北京100037 北京大学工学院北京100871

对基因表达数据进行数学建模是理论系统生物学的一个热点,其难点之一在于数据的小样本特性、多重相关性及粗糙性。针对基因表达数据的这些特点,偏最小二乘回归被首次引入基因网络的数学建模领域,通过轮换计算将变量投影重要性指标拓展为... 详细信息

对基因表达数据进行数学建模是理论系统生物学的一个热点,其难点之一在于数据的小样本特性、多重相关性及粗糙性。针对基因表达数据的这些特点,偏最小二乘回归被首次引入基因网络的数学建模领域,通过轮换计算将变量投影重要性指标拓展为VIP矩阵,建立了基因网络模型。经验证所构建的网络具有生物学意义,运用图论分析可证实其符合"无尺度网络"的特性,从而证明了这种建模方法的可行性。

关键词：偏最小二乘回归 VIP矩阵基因网络数学建模图论

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p53基因网络的研究进展

癌症 2003年第5期22卷 547-551页

作者：祝峙第二军医大学附属长海医院病理科上海200433

肿瘤抑制基因p53与其上、下游功能相关基因组成了一个复杂的基因网络。p53基因位于人染色体17q13.1区带,编码的野生型p53蛋白包含N-末端的转录激活结构域、DNA结合结构域、四聚体化结构域和C-末端调节域。p73、p51、p63等基因由于在结... 详细信息

肿瘤抑制基因p53与其上、下游功能相关基因组成了一个复杂的基因网络。p53基因位于人染色体17q13.1区带,编码的野生型p53蛋白包含N-末端的转录激活结构域、DNA结合结构域、四聚体化结构域和C-末端调节域。p73、p51、p63等基因由于在结构上与p53基因具有同源性,因而被归为p53基因家族。p53是联系不同遗传应急和细胞应答的中间环节,离子辐射、化疗药物及异常的细胞生长信号均能刺激p53基因表达。p53表达升高后,可通过p53-mdm2、p14ARF-mdm2环路对p53表达水平进行精确调节,p53功能的发挥还同时需要p33ING1b基因的协同作用。磷酸化和乙酰化是细胞内调节p53活性功能的主要途径。p53可以调控下游多种基因表达,其功能主要表现在阻滞细胞周期、促进细胞凋亡、维持基因组稳定性和抑制肿瘤血管生成四个方面。认识p53基因网络的功能将有助于理解p53及其相关基因间的具体作用机制。

关键词： p53基因研究进展基因网络基因表达调控

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利用决策森林构建复杂疾病驱动的基因网络

中国生物医学工程学报 2009年第2期28卷 263-269页

作者：姜伟吴超徐建凯杨月莹李霞哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院哈尔滨150081

目前,癌症、糖尿病、心脏病、高血压等复杂疾病严重危害着人类的生命和健康,这些疾病并不是由孤立的单个基因发生改变所致,而是多基因联合作用的结果。从系统生物学的角度出发,针对以往基因网络重构算法非疾病驱动的问题,提出了一种利... 详细信息

目前,癌症、糖尿病、心脏病、高血压等复杂疾病严重危害着人类的生命和健康,这些疾病并不是由孤立的单个基因发生改变所致,而是多基因联合作用的结果。从系统生物学的角度出发,针对以往基因网络重构算法非疾病驱动的问题,提出了一种利用决策森林构建复杂疾病驱动的基因网络的算法,着重关注基因间的协同作用与复杂疾病发病机理的关系。通过对结肠癌基因芯片数据的分析,识别出66个与结肠癌显著关联的基因互作,其中大部分互作关系参与细胞增殖、细胞凋亡、细胞分化、有丝分裂和免疫等与癌症密切相关的生物过程中。该方法从基因互作和通路的角度为系统研究疾病的遗传复杂性提供了一个崭新的思路。

关键词：复杂疾病基因网络决策森林系统生物学

以药测证绘制肾虚证两大基因网络调控路线图谱

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中国中西医结合杂志 2006年第6期26卷 521-525页

作者：沈自尹陈瑜黄建华刘小雨张新民陈伟华复旦大学附属华山医院中西医结合研究所上海200040

目的研究肾虚证基因网络调控的路线和规律。方法选择青年组(4月龄)、老年组(24月龄)、淫羊藿总黄酮(Epimedium Flavonoids,EF)治疗组SD大鼠,取全面反映肾虚的7个组织下丘脑、垂体、肾上腺、淋巴细胞、骨骼、肝脏、肾脏,采用Affymetrix... 详细信息

目的研究肾虚证基因网络调控的路线和规律。方法选择青年组(4月龄)、老年组(24月龄)、淫羊藿总黄酮(Epimedium Flavonoids,EF)治疗组SD大鼠,取全面反映肾虚的7个组织下丘脑、垂体、肾上腺、淋巴细胞、骨骼、肝脏、肾脏,采用Affymetrix公司的大鼠全基因组芯片再次重复肾虚证基因表达谱差异研究。结果老年大鼠下丘脑、垂体、肾上腺(HPA轴)显示神经递质γ氨基丁酸(GABA),促性腺激素释放激素(GnRH),促甲状腺激素释放激素(TRH)与促甲状腺激素(TSH),生长激素释放激素受体(GHRH)、胰岛素样生长因子及结合蛋白(IGF、IGFBP);淋巴细胞显示与细胞生长相关的生长因子相关蛋白(GFRP),与免疫调节相关的IFNγ、IL-4、IL-6等;骨骼显示甲状旁腺(PTH)、降钙素(calcitonin)与骨基质相关的前胶原、胶原、结缔组织生长因子等;肝脏显示氧化磷酸化相关的细胞色素Cytochrome P450、NADH脱氢酶,与蛋白质代谢相关的谷氨酸脱氢酶(Glutamate dehydrogenase),与糖代谢相关的葡萄糖-6-磷酸酶(G-6-Phos- phatase)均为低表达。EF作用后,可见老年大鼠7个标本低表达的基因几乎全部上调,此外还有大量与衰老机理相关的基因明显上调。包括HPA轴的神经递质如GABA,激素如GnRH,细胞周期相关基因如Cy- clinB,免疫调节相关基因如NF-κB105;淋巴细胞与生长调节相关的基因如GFRP,免疫调节相关的基因如IFNγ;骨骼的甲状旁腺、降钙素、IGF、前胶原、胶原、GnRH、Progesterone等;肝脏的大量代谢相关的基因如Cytochrome P450、NADH脱氢酶;肾脏的代谢相关基因及钠、氯通道等基因。结论通过以药测证,发现肾虚证大鼠模型存在神经-内分泌-免疫以及神经-内分泌-骨代谢两大基因调控路线的紊乱,补肾能纠正该网络功能低下。

关键词：以药测证肾虚证基因网络

基于熵值的冠心病基因网络模块划分方法评价与模块功能相似度分析

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中国药理学与毒理学杂志 2018年第5期32卷 377-384页

作者：顾浩陈寅萤王朋倩王忠中国中医科学院中医临床基础医学研究所北京100700 中国中医科学院广安门医院科研处北京100053 中国中医科学院中药研究所北京100700

目的解决网络模块划分方法优选问题,并对划分结果进行功能解析和评价。方法利用多种常用模块划分方法,包括MCLi QUE,Cluster one,NCMine,PEWCC,Fuzzifier cluster,Community cluster,Connected component cluster,MCL cluster,MCODE cluster,Spectral clusters of protein sequences和AP等,对冠心病基因网络进行模块划分,通过网络结构熵值计算进行评价,优选出一种方法进行划分模块。基于基因功能富集分析对模块的通路功能进行富集,并利用杰卡德相似指数分析方法,对模块与总网络的功能进行比较和分析。结果用MCODE cluster方法划分出11个模块,网络熵值为4.33637,在几种方法中熵值最小,最适于冠心病基因网络模块的识别。基于基因功能富集分析和杰卡德相似指数分析方法,发现11个模块能涵盖冠心病相关通路中的38条,覆盖率达到73.1%。其中,模块3,4和7能用较少的基因富集到较多的功能。结论网络信息熵可以为模块划分方法的评价提供一种可行方案。划分后的模块可以代表原疾病网络的大部分功能,并在功能富集上有一定优势,对进一步简化和理解疾病网络具有实际意义。

关键词：冠心病基因网络模块划分熵值功能相似度

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基于微阵列数据的基因网络预测方法研究进展

生物物理学报 2005年第1期21卷 19-25页

作者：王明怡夏顺仁陈作舟浙江大学生命科学学院浙江大学CAD&CG国家重点实验室

DNA微阵列技术可同时定量测定成千上万个基因在生物样本中的表达水平,从这一技术获得的全基因组范围表达数据为揭示基因间复杂调控关系提供了可能。研究人员试图通过数学和计算方法来构建遗传互作的模型,这些基因调控网络模型有聚类法... 详细信息

DNA微阵列技术可同时定量测定成千上万个基因在生物样本中的表达水平,从这一技术获得的全基因组范围表达数据为揭示基因间复杂调控关系提供了可能。研究人员试图通过数学和计算方法来构建遗传互作的模型,这些基因调控网络模型有聚类法、布尔网络、贝叶斯网络、微分方程等。文章对网络重建计算方法的研究现状进行了较为全面的综述,比较了不同模型的优缺点,并对该领域进一步的研究趋势进行了展望。

关键词：基因网络微阵列聚类布尔网络微分方程贝叶斯网络

使用线性微分方程构建初步的乳腺癌转移相关基因网络模型

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生物数学学报 2007年第1期22卷 46-52页

作者：董骝焕袁媛沈世镒孙保存倪春生中国科学院上海生命科学院马普伙伴计算生物学研究所上海200031 浙江嘉兴学院数学与信息学院浙江嘉兴314000 南开大学数学科学学院天津300071 天津医科大学基础医学院天津300060

随着基因芯片的技术的推广,越来越多的表达数据需要被处理和分析．利用这些表达数据提取基因调控矩阵从而构建基因网络是一个重要的问题．通过线性微分方程模型可以初步构建基因网络,了解网络结构,提取最显著的信息．然而由于分子生物... 详细信息

随着基因芯片的技术的推广,越来越多的表达数据需要被处理和分析．利用这些表达数据提取基因调控矩阵从而构建基因网络是一个重要的问题．通过线性微分方程模型可以初步构建基因网络,了解网络结构,提取最显著的信息．然而由于分子生物学的条件限制或者数据来源的限制,导致实验数据不充分,使方程组无解．本文使用三次样条方法,对26例临床、病理资料完备的具有淋巴结转移的乳腺癌基因表达数据进行插值处理,使表达数据满秩,从而使用最小二乘法解出加权矩阵,构建初步的表达基因调控网络．通过对构建的基因网络的初步分析表明:乳腺癌转移的形成是由多基因异常引起多条传导通路异常,致使细胞恶性转化的结果,这与生物学上公认的看法是相一致的．因此,利用此线性模型方法对基因表达谱进行分析兵有一定可行性,在认识乳腺癌转移机制,乳腺癌诊断和治疗方面具有一定的理论和应用价值．

关键词：线性微分方程模型基因网络三次样条插值