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从基因表达数据中有效挖掘差异共表达双聚类——DiCluster算法

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计算机应用研究 2012年第11期29卷 4087-4092页

作者：李晓园尚学群王淼西北工业大学计算机学院计算机软件与理论系西安710129

双聚类是一种可以同时在基因和条件两个维度上分析基因表达数据的方法,它可以找出在部分条件下具有相似表达趋势的基因。已有的方法都是从一个数据集中挖掘双聚类。从生物意义上分析,从不同基因表达数据集中挖掘差异表达双聚类可以发现... 详细信息

双聚类是一种可以同时在基因和条件两个维度上分析基因表达数据的方法,它可以找出在部分条件下具有相似表达趋势的基因。已有的方法都是从一个数据集中挖掘双聚类。从生物意义上分析,从不同基因表达数据集中挖掘差异表达双聚类可以发现具有生物意义的转录因子等信息。因此,提出一种挖掘不同数据集上差异共表达双聚类的算法——DiCluster。该算法采用深度优先基因扩展方法,并引入了剪枝策略,有效挖掘最大差异表达双聚类。实验结果表明,DiCluster不仅比已有算法具有更高的效率,而且挖掘出的结果具有更好的统计学和生物学意义。

关键词：基因表达数据双聚类差异共表达

巯嘌呤和甲氨蝶呤治疗急性淋巴性白血病的基因调控差异共表达分析

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生物物理学报 2014年第2期30卷 157-164页

作者：杨爽杨竞李贞吴素娟付鹏李亦学孙红同济大学生命科学与技术学院上海200092 上海生物信息技术研究中心上海200235 华东理工大学生物工程学院上海200237 上海交通大学生命科学与技术学院上海200240 中国科学院上海生命科学院系统生物学重点实验室上海200031

复杂疾病往往由于错综复杂的遗传和环境因素相互作用而引起,并严重危害着人类健康。因此,对相关药物疗效的研究,特别是对其作用分子机理的阐释就显得尤为重要。常用的寻找表达量有差异的基因的方法不能准确地反映出药物影响下基因间的... 详细信息

复杂疾病往往由于错综复杂的遗传和环境因素相互作用而引起,并严重危害着人类健康。因此,对相关药物疗效的研究,特别是对其作用分子机理的阐释就显得尤为重要。常用的寻找表达量有差异的基因的方法不能准确地反映出药物影响下基因间的相互作用关系。作者利用差异共表达分析方法,研究了巯嘌呤、甲氨蝶呤及联合用药在治疗急性淋巴性白血病中的潜在分子机理。分析了四种给药方式给药前后的基因差异共表达关系及差异共表达调控基因的作用特征。系统解析了联合用药和单独用药治疗急性淋巴性白血病在分子机理上的异同。

关键词：联合用药分子机理差异共表达转录调控

基于差异共表达分析的三阴性乳腺癌基因标志物及分型研究

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基于差异共表达分析的三阴性乳腺癌基因标志物及分型研究

作者：杨隽西北民族大学

学位级别：硕士

乳腺癌已经超越肺癌成为全球新发病例数最多,且死亡率最高的癌症。根据最新的分子技术和受体类型,乳腺癌被分为管腔上皮A型、管腔上皮B型、人表皮生长因子受体-2过表达型和三阴性型。与其他类型的乳腺癌相比,三阴性乳腺癌的侵袭性和恶... 详细信息

乳腺癌已经超越肺癌成为全球新发病例数最多,且死亡率最高的癌症。根据最新的分子技术和受体类型,乳腺癌被分为管腔上皮A型、管腔上皮B型、人表皮生长因子受体-2过表达型和三阴性型。与其他类型的乳腺癌相比,三阴性乳腺癌的侵袭性和恶性程度最高,预后较差,且治疗手段十分有限。近年来,虽然差异分析在癌症基因标志物和分型研究方面取得了一定成效,但由于三阴性乳腺癌的高度异质性,导致其诊断及临床治疗效果不佳,而差异共表达(Differential Co-Expression,Diff Co Ex)分析能够进一步表现出不同条件下基因间的相互作用关系。因此,使用Diff Co Ex分析方法探索三阴性乳腺癌的基因标志物及分型,对了解三阴性乳腺癌的发生发展机制、临床精准化诊断和治疗,有着重要的意义。本文主要基于差异共表达分析方法Diff Co Ex,对三阴性乳腺癌的基因标志物及分型进行了研究,包括两部分研究内容:第一部分为三阴性乳腺癌基因标志物的筛选分析。应用Diff Co Ex,通过相关性和邻接差异分析、拓扑重叠算法、动态剪切树法和离散统计检验,构建差异共表达基因模块,使用套索回归算法对模块进行两轮筛选,得到三阴性乳腺癌的基因标志物。第二部分为三阴性乳腺癌的分型研究。使用Diff Co Ex方法筛选得到代谢、免疫、增殖和基质4种特征的差异共表达基因集,将这4种基因集结合基因集变异分析,通过表达量转化、排序和富集分数计算,将单个基因对应的样本数据转化为基因集对应的样本数据,使用共识聚类得到三阴性乳腺癌的稳健分型。最终得到5个三阴性乳腺癌基因标志物:GTSE1、MRPL16、SAMD4B、ZNF552和ZNF75A。通过文献检索和受试者工作特征曲线验证了基因标志物的生物学意义和统计学可靠性,其中GTSE1之前就被研究报道过与三阴性乳腺癌的诊断和发展有关,ZNF552、ZNF75A、SAMD4B与MRPL16被报道过与乳腺癌或其他癌症的分化和预后密切相关,但是未被报道过是三阴性乳腺癌的基因标志物。使用独立三阴性乳腺癌数据及差异表达分析验证了分型流程和4种分型的稳健性,并通过比较得出差异共表达分型流程比差异分析分型流程更加可靠,从而为三阴性乳腺癌的诊疗提供参考。

关键词：三阴性乳腺癌基因标志物差异共表达分型

基于差异共表达方法对胶质瘤分子分型的研究以及对疾病间相关关系数据库的开发

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基于差异共表达方法对胶质瘤分子分型的研究以及对疾病间相关关系...

作者：吴素娟华东理工大学

学位级别：硕士

差异共表达方法是探索基因对在不同状态(如疾病与正常,处理组和对照组)下的表达相关性是否有显著差异。由于基因间表达水平的相关性暗示某种调控关系的存在,所以共表达相关关系的改变或者说差异共表达本身就提示不同表型间调控关系改变... 详细信息

差异共表达方法是探索基因对在不同状态(如疾病与正常,处理组和对照组)下的表达相关性是否有显著差异。由于基因间表达水平的相关性暗示某种调控关系的存在,所以共表达相关关系的改变或者说差异共表达本身就提示不同表型间调控关系改变。本文用差异共表达方法对胶质瘤转录组数据进行分析,识别到与胶质瘤预后相关的三个转录因子(AHR, NFIL3和ZNF423),并用之对胶质瘤进行分类,分成三个不同的分子亚型(ZG, NG和IG亚型),这三种亚型的生存模式显著不同,并在独立的数据集得到验证。与已有分类系统相比,本文提供一个更少分子标签且有效的胶质瘤分类体系。接着探索三个基因的功能,发现这三个转录因子在药靶上显著富集,并且观察到与这三个转录因子有关的调控关系在胶质瘤发展过程有重要的作用。本文不仅建立胶质瘤分子分型体系,还用差异表达分析方法进行疾病相关关系的研究并开发疾病相关关系数据库。通过调研疾病数据库,发现目前并没有从数据出发阐述疾病相互关系的数据库。我们对公共数据中人类疾病表达谱数据进行差异共表达分析,发现1326对显著相似的疾病对,使用这些疾病关系开发疾病相关关系数据库。疾病相关关系数据库是第一个根据通过疾病间调控关系的相似性衡量疾病关系的数据库,这对研究疾病的科研工作者和临床医生有重要的意义。

关键词：差异共表达胶质瘤分子分型预后因子疾病相关关系数据库

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行常量差异共表达基因模式挖掘算法研究

行常量差异共表达基因模式挖掘算法研究

基于集成的共表达网络分析方法研究3种癌症的肿瘤相关模块

第29届中国数据库学术会议（NDBC2012）

作者：王淼尚学群谢华博李战怀西北工业大学计算机学院

提出了一个有效的基因差异共表达模式挖掘算法:DiPattern,从两个真实的基因表达数据中挖掘出具有差异共表达特征的行常量基因.该算法使用样本范围支持度来衡量具有关联性的基因组,同时提出了3种在真实数据环境下基因之间共表达关系,并... 详细信息

提出了一个有效的基因差异共表达模式挖掘算法:DiPattern,从两个真实的基因表达数据中挖掘出具有差异共表达特征的行常量基因.该算法使用样本范围支持度来衡量具有关联性的基因组,同时提出了3种在真实数据环境下基因之间共表达关系,并根据差异表达支持度来衡量基因模式的共表达差异度.为了提高挖掘效率,DiPattern使用了有效的剪枝策略,使得算法可以不产生候选集挖掘出所有最大行常量基因差异共表达模式.通过在真实的小鼠衰老数据中进行实验,结果表明,DiPattern比已有算法具有较高的执行效率.通过最小均方误差和GO验证,DiPattern挖掘出的结果也更具有统计和生物学意义.

关键词：行常量差异共表达基因共表达

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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生物工程学报 2021年第11期37卷 4111-4123页

作者：王梦男韩明飞刘炳辉田春艳朱云平军事科学院军事医学研究院生命组学研究所国家蛋白质科学中心(北京)蛋白质组研究中心蛋白质组学国家重点实验室北京102206 军事兽医研究所吉林长春130000

在肿瘤/癌旁基因表达数据中,差异表达(DE,differentialexpression)代表各种生物条件下基因表达水平的变化,而差异共表达(DC,differential co-expression)代表基因对之间相关系数的变化。单独的DC和DE研究方法已经被广泛应用于人类疾病... 详细信息

在肿瘤/癌旁基因表达数据中,差异表达(DE,differentialexpression)代表各种生物条件下基因表达水平的变化,而差异共表达(DC,differential co-expression)代表基因对之间相关系数的变化。单独的DC和DE研究方法已经被广泛应用于人类疾病研究中。但是,目前仍然缺乏有效整合DC和DE的分析方法。文中提出一个新颖的分析框架DC&DEmodule,该框架可以基于共表达模块整合DC和DE的特征,并同时整合多个肿瘤/癌旁表达谱的信息,用以识别与疾病相关的基因共表达模块,包括激活模块(肿瘤样本中上调且共表达增强)和失能模块(肿瘤样本中下调且失去共表达)。将该框架用于分析肝癌、胃癌和结直肠癌各两组微阵列数据,分别得到肝癌、胃癌和结直肠癌的2、5和2个激活模块以及5、5和1个失能模块。富集分析表明与同类方法相比,文中的方法在检测已知的肿瘤相关通路和发现新通路方面均具有更高的灵敏度。然后,进一步从这3种癌症的激活模块中鉴定出17、69和11个模块关键基因,其中包含53个已报道的预后生物标志物以及3个分别与3种癌症存活率显著相关的新预后标志物。基于关键基因训练了3种癌症的随机森林模型,用于区分TCGA(The Cancer Genome Atlas)和GEO(Gene Expression Omnibus)数据库中的肿瘤和癌旁样本,结果显示其分类的平均准确性达到了93%。三种癌症的比较为不同癌症的共有和组织特异性机制提供了新的见解。一系列评估表明,DC&DEmodule框架能够整合公共数据库中快速积累的表达谱,发现更多疾病中功能失调的生物过程。

关键词：癌症差异共表达差异表达共表达模块基于集成的分析框架

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元模块恢复算法下的乳腺癌生物标志物鉴定

元模块恢复算法下的乳腺癌生物标志物鉴定

作者：张雅达西北民族大学

学位级别：硕士

乳腺癌是全世界女性中最常见的恶性疾病,发病率位居女性恶性肿瘤之首。我国乳腺癌的发病率不断增高,乳腺癌在女性恶性肿瘤中占据首位,死亡率仅次于肺癌,严重影响我国妇女的健康和生命。生物标志物是临床中广泛用于诊断、疗效评估和预后... 详细信息

乳腺癌是全世界女性中最常见的恶性疾病,发病率位居女性恶性肿瘤之首。我国乳腺癌的发病率不断增高,乳腺癌在女性恶性肿瘤中占据首位,死亡率仅次于肺癌,严重影响我国妇女的健康和生命。生物标志物是临床中广泛用于诊断、疗效评估和预后预测的工具。随着分子生物学和基因组学技术的发展,筛选乳腺癌生物标志物已成为当前研究的热点方向。差异共表达分析已经成为研究复杂疾病的常用工具之一。差异共表达有很多分析方法,本文使用元模块恢复算法对乳腺癌生物标志物的筛选展开研究。本文主要包括两部分的研究内容:一、使用元模块恢复算法筛选生物标志物。首先,通过元模块恢复算法从乳腺癌患者表达的原始数据中构建元模块;然后,使用富集分析剖析元模块中涉及到的生物学过程和通路;最后,构建富集基因的蛋白质相互作用网络,分析网络结构并通过最大集团中心性分数筛选出关键节点作为生物标志物。二、整合差异表达和差异共表达方法,基于整合的方法筛选生物标志物。差异表达分析可以初步筛选出疾病数据集中与对照组相比出现明显差异的基因,这些基因通常和生物学研究存在密切关系。通过差异表达分析对原始数据进行一次筛选,保留差异明显的基因使用元模块恢复算法进行差异共表达分析,从而在差异共表达分析时可以捕获更多乳腺癌相关的信息。通过生存分析和查阅相关文献对筛选出的生物标志物进行评估并使用独立的验证数据集对生物标志物进行验证。结果表明,筛选出的生物标志物有着良好的生物学意义和可靠的预后性能。通过比较差异共表达方法和整合方法在分析过程中的性能差异,证明整合后的方法在多个方面都具有更好的性能。

关键词：乳腺癌差异共表达生物标志物

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基于垂体腺瘤芯片数据的挖掘与分析

基于垂体腺瘤芯片数据的挖掘与分析

作者：杨绍华西南大学

学位级别：硕士

垂体腺瘤是十分常见的颅内肿瘤之一,其发病率仅次于神经胶质瘤和脑膜瘤.虽然绝大多数垂体腺瘤是良性肿瘤,只有少数具有侵袭性,但它仍严重威胁人类的身体健康.目前,虽基于单个基因的研究有很多报道,但对于基因间的相互作用和基因功能的... 详细信息

垂体腺瘤是十分常见的颅内肿瘤之一,其发病率仅次于神经胶质瘤和脑膜瘤.虽然绝大多数垂体腺瘤是良性肿瘤,只有少数具有侵袭性,但它仍严重威胁人类的身体健康.目前,虽基于单个基因的研究有很多报道,但对于基因间的相互作用和基因功能的研究还是比较少,对垂体腺瘤的发病机制也知之甚少.因此,本文提出基于基因芯片对垂体腺瘤的研究,采用计算机技术对垂体腺瘤芯片数据进行挖掘与分析.对差异表达基因、差异共表达基因和转录因子等进行筛选,将差异基因进行功能富集分析,并构建了蛋白质与蛋白质之间相互作用的网络,以阐明垂体腺瘤的发病机制,为垂体腺瘤的诊断和治疗奠定理论基础.第一章,简要介绍了垂体腺瘤的研究背景、国内外研究进展和本文所涉及到的一些理论知识及分析所用到的工具和数据库.第二章,介绍了本研究所用数据的来源,接着又说明了在对芯片分析前对芯片进行必要的质量评估,包括绘制芯片图像、绘制直方图和概率密度图和绘制箱线图等.第三章,首先对芯片数据归一化,获取基因表达谱,再使用R中limma包对垂体腺瘤的基因表达数据进行差异性计算,并用贝叶斯方法进行多重检验校正,选取***＜0.05且|logFC|＞1.5作为差异基因显著性阈值,得到差异表达基因.接下来分别对上调基因和下调使用DAVID在线分析工具进行功能注释;把差异基因导入STRING数据库中,构建蛋白质与蛋白质之间相互作用的网络,并把蛋白互作网络导入Cytoscape软件中,然后用Cytoscape中的插件ClusterONE对蛋白互作网络进行模块划分,并对显著的模块进行功能富集分析.第四章,使用R中limma包对差异表达基因进行筛选,选取阈值为:***＜0.05且|logF C|＞0.5,再使用DCGL包中的DCe函数、DCp函数和DCsum函数对差异共表达基因和差异共表达关系对进行筛选,其阈值设置为:q＜0.25.接下来,用DAVID在线分析工具对差异共表达基因进行GO和KEGG pathway显著性富集分析;使用DRsort函数以及转录因子与靶基因相互作用数据库（tf2target）来鉴定差异调控基因和差异调控连接;最后,我们用DRrank函数分别使用TED和TDD两种排序方法对转录因子进行排序.第五章,简要回顾了前面的主要工作和结论,并对未来的工作作了展望.

关键词：垂体腺瘤基因芯片差异表达差异共表达

基于调控网络探究丙肝肝硬化发展为肝癌的分子机制研究

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肿瘤学杂志 2016年第5期22卷 403-409页

作者：李丕栋王永华西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100

[目的]探究丙肝肝硬化发展为肝癌的分子机制,为肝癌的早期诊断和治疗提供新思路。[方法]利用生物信息学手段,根据肝硬化和肝癌两种状态下基因间的相关系数变化寻找差异共表达基因,同时筛选甲基化基因,整合miRNA—靶点、转录因子—靶点... 详细信息

[目的]探究丙肝肝硬化发展为肝癌的分子机制,为肝癌的早期诊断和治疗提供新思路。[方法]利用生物信息学手段,根据肝硬化和肝癌两种状态下基因间的相关系数变化寻找差异共表达基因,同时筛选甲基化基因,整合miRNA—靶点、转录因子—靶点的调控关系,构建miRNA—转录因子—基因的调控网络并进行拓扑学分析。[结果]确定了肝硬化和肝癌中包含miR-590-3p、TSG101、EGR1、MME在内的主要hub因子。与肝硬化相比,肝癌中的基因间相关系数总体呈下降趋势,hub因子相关的基因间也以相关系数降低为主。[结论]miRNA—转录因子—基因的调控网络可以系统地分析肝癌的分子机制,网络中的hub因子可以作为潜在的肿瘤标志物用于肝癌的早期诊断和治疗。

关键词：肝肿瘤差异共表达 miRNA 转录因子甲基化调控网络