專(zhuān)利名稱：一種構(gòu)建蛋白網(wǎng)絡(luò)的功能指紋圖譜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)建蛋白網(wǎng)絡(luò)的功能指紋圖譜的方法。
背景技術(shù)：
生物分子網(wǎng)絡(luò)包括蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)、代謝網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。作為生物醫(yī)學(xué)的重要結(jié)構(gòu)描述，生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能的異常直接反映生物機(jī)體功能的異常。研究表明生物分子網(wǎng)絡(luò)上的擾動(dòng)可直接反映于生物機(jī)體的表型變化，網(wǎng)絡(luò)中某些基因的突變可在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)，從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生，包括單基因致病的Huntington疾病和多基因致病的復(fù)雜疾病，如癌癥、糖尿病以及阿爾茲海默病等。研究表明網(wǎng)絡(luò)中蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用關(guān)系發(fā)生改變亦可造成生物機(jī)體功能異常。近年來(lái)的很多分子網(wǎng)絡(luò)的解析研究，以期望提供對(duì)疾病的更深入的理解，研究表明人類(lèi)蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)渥兓奢o助解決乳腺癌的預(yù)后問(wèn)題，人腦的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的整合可揭示朊病毒疾病的發(fā)病機(jī)制。另有研究表明構(gòu)建病毒感染網(wǎng)絡(luò)為了解病毒的致病過(guò)程以及分辨不同病毒各自的感染模式提供了極其有用的信息，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)信息也為聯(lián)合用藥和多靶藥物設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)和極大幫助。機(jī)體的功能是由完整的生物分子網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的，而疾病是不同病因引起的網(wǎng)絡(luò)異常引起的。生物網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的穩(wěn)健性和魯棒性，但是某些特定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洚惓Ｗ兓瘜?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)較大變化，并可能反映于生物機(jī)體，即疾病發(fā)生。為此，本發(fā)明提出一種檢測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種構(gòu)建待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能分布圖譜的方法。本發(fā)明所提供 的構(gòu)建待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能分布圖譜的方法，包括如下步驟:(I)檢測(cè)待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能，得到待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊的相似性數(shù)值；(2)以相似性數(shù)值為縱坐標(biāo)，以已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊為橫坐標(biāo)，作圖，得到所述待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能分布圖譜；所述檢測(cè)待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能的方法，包括如下步驟:將待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊進(jìn)行兩兩比對(duì)，包括如下步驟:(I)、融合要比較的兩個(gè)生物分子網(wǎng)絡(luò):將每個(gè)生物分子網(wǎng)絡(luò)定義為:G = (V, E)，其中V為網(wǎng)絡(luò)中生物分子集合，E為網(wǎng)絡(luò)中相互作用邊的集合；將待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)G1 = (V1, V2)和被比較的已知數(shù)據(jù)庫(kù)中生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊G2 = (V2, V2)，合并成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)G12 = (V12, E12)，方法是將G1中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與G2中的所有節(jié)點(diǎn)相連，再將G2中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與G1中的所有節(jié)點(diǎn)相連，如果有一個(gè)生物分子同時(shí)出現(xiàn)在了 G1和G2中，將G1和G2分別出現(xiàn)的這個(gè)生物分子節(jié)點(diǎn)合并成為G12中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果這個(gè)生物分子僅出現(xiàn)在G1或者G2中的一個(gè)，則不發(fā)生合并操作，保留為 G12 的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣 V12 = V1 U V2, E12 = E1 U E2 U V1XV2 ;(2)、基于GO的生物分子功能相似性度量:網(wǎng)絡(luò)中生物分子的功能相似性是基于GO功能注釋度量的，一個(gè)生物分子可對(duì)應(yīng)于多個(gè)GO注釋?zhuān)粌蓚€(gè)注釋之間的相似性可用基于信息熵值的方法度量，某個(gè)注釋的信息熵值ε (t)由該節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)概率P (t)計(jì)算得到Si； J= ε (t) = -1ogp (t) (I)得到G12中有相互作用的兩個(gè)生物分子i, j的功能相似性Si;j ;信息熵值ε (t)大于0.8時(shí)，兩個(gè)生物分子功能是相似的；通過(guò)度量G12中有相互作用的兩個(gè)生物分子的功能相似性，可得到G12對(duì)應(yīng)的相似性鄰接矩陣；SKesnik (V12，V12) = [SiJ (2)其中Su為生物分子i與生物分子j的功能相似性，即
權(quán)利要求
1.構(gòu)建待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能分布圖譜的方法，包括如下步驟: (1)檢測(cè)待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能，得到待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊的相似性數(shù)值； (2)以相似性數(shù)值為縱坐標(biāo)，以已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊為橫坐標(biāo)，作圖，得到所述待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能分布圖譜； 所述檢測(cè)待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能的方法，包括如下步驟: 將待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊進(jìn)行兩兩比對(duì)，包括如下步驟: (1)、融合要比較的兩個(gè)生物分子網(wǎng)絡(luò): 將每個(gè)生物分子網(wǎng)絡(luò)定義為:G= (V，E)，其中V為網(wǎng)絡(luò)中生物分子集合，E為網(wǎng)絡(luò)中相互作用邊的集合；將待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)G1 = (V1, V2)和被比較的已知數(shù)據(jù)庫(kù)中生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊G2 = (V2, V2)，合并成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)G12 = (V12, E12)，方法是將G1中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與G2中的所有節(jié)點(diǎn)相連，再將G2中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別與G1中的所有節(jié)點(diǎn)相連，如果有一個(gè)生物分子同時(shí)出現(xiàn)在了 G1和G2中，將G1和G2分別出現(xiàn)的這個(gè)生物分子節(jié)點(diǎn)合并成為G12中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果這個(gè)生物分子僅出現(xiàn)在G1或者G2中的一個(gè)，則不發(fā)生合并操作，保留為 G12 的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣 V12 = V1 U V2, E12 = E1 U E2 U V1XV2 ; (2)、基于GO的生物分子功能相似性度量: 網(wǎng)絡(luò)中生物分子的功能相似性是基于GO功能注釋度量的，一個(gè)生物分子可對(duì)應(yīng)于多個(gè)GO注釋?zhuān)粌蓚€(gè)注釋之間的相似性可用基于信息熵值的方法度量，某個(gè)注釋的信息熵值ε (t)由該節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)概率P (t)計(jì)算得到Sijj= ε (t) = -1ogp (t) (I) 得到G12中有相互作用的兩個(gè)生物分子i，j的功能相似性S。；信息熵值ε (t)大于0.8時(shí)，兩個(gè)生物分子功能是相似的； 通過(guò)度量G12中有相互作用的兩個(gè)生物分子的功能相似性，可得到G12對(duì)應(yīng)的相似性鄰接矩陣； H V12) = [SiJ (2) 其中S。為生物分子i與生物分子j的功能相似性，即
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述已知數(shù)據(jù)庫(kù)為KEGGPathwayDatabase數(shù)據(jù)庫(kù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述方法中，在所述兩兩比較之前，包括如下構(gòu)建待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的步驟:利用生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)若干個(gè)待測(cè)生物分子之間的相互作用，選出具有相互作用的待測(cè)生物分子，將其構(gòu)建成待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述若干個(gè)待測(cè)生物分子是按照如下方法得到的:檢測(cè)離體的正常組織與離體的發(fā)病組織之間的生物分子差異表達(dá)情況，得到差異表達(dá)的生物分子，即為所述若干個(gè)待測(cè)生物分子。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于:所述生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法為酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)方法和/或免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于:所述發(fā)病組織為癌癥組織，具體為黑色素瘤組織。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于:所述生物分子為蛋白質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種構(gòu)建蛋白網(wǎng)絡(luò)的功能指紋圖譜的方法。本發(fā)明的構(gòu)建待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能分布圖譜的方法，包括如下步驟(1)檢測(cè)待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能，得到待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊的相似性數(shù)值；(2)以相似性數(shù)值為縱坐標(biāo)，以已知數(shù)據(jù)庫(kù)中的生物分子網(wǎng)絡(luò)功能模塊為橫坐標(biāo)，作圖，得到所述待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能分布圖譜。本發(fā)明的方法能夠簡(jiǎn)單、方便、快捷地得出待測(cè)生物分子網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能，還能達(dá)到分析與可視化生物分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能的目的，從而為提高生物分析網(wǎng)絡(luò)乃至尋找疾病成因提供有利的技術(shù)支持。
文檔編號(hào)G06F19/16GK103218542SQ20131015296
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者王升啟, 李非, 伯曉晨, 崔修亮 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所