专利名称：一种构建蛋白网络的功能指纹图谱的方法
技术领域：
本发明涉及一种构建蛋白网络的功能指纹图谱的方法。
背景技术：
生物分子网络包括蛋白质相互作用网络、代谢网络和信号传导网络。作为生物医学的重要结构描述，生物分子网络结构与功能的异常直接反映生物机体功能的异常。研究表明生物分子网络上的扰动可直接反映于生物机体的表型变化，网络中某些基因的突变可在网络上产生级联放大效应，从而导致疾病的发生，包括单基因致病的Huntington疾病和多基因致病的复杂疾病，如癌症、糖尿病以及阿尔兹海默病等。研究表明网络中蛋白质与蛋白质的相互作用关系发生改变亦可造成生物机体功能异常。近年来的很多分子网络的解析研究，以期望提供对疾病的更深入的理解，研究表明人类蛋白质相互作用网络的动态拓扑变化可辅助解决乳腺癌的预后问题，人脑的转录组数据与蛋白质相互作用网络的整合可揭示朊病毒疾病的发病机制。另有研究表明构建病毒感染网络为了解病毒的致病过程以及分辨不同病毒各自的感染模式提供了极其有用的信息，同时网络的动态结构信息也为联合用药和多靶药物设计提供了理论基础和极大帮助。机体的功能是由完整的生物分子网络驱动的，而疾病是不同病因引起的网络异常引起的。生物网络具有很强的稳健性和鲁棒性，但是某些特定的网络节点和网络拓扑异常变化将导致网络较大变化，并可能反映于生物机体，即疾病发生。为此，本发明提出一种检测生物分子网络结构与功能的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种构建待测生物分子网络结构的功能分布图谱的方法。本发明所提供 的构建待测生物分子网络结构的功能分布图谱的方法，包括如下步骤:(I)检测待测生物分子网络结构的功能，得到待测生物分子网络结构与已知数据库中的生物分子网络功能模块的相似性数值；(2)以相似性数值为纵坐标，以已知数据库中的生物分子网络功能模块为横坐标，作图，得到所述待测生物分子网络结构的功能分布图谱；所述检测待测生物分子网络结构的功能的方法，包括如下步骤:将待测生物分子网络结构与已知数据库中的每个生物分子网络功能模块进行两两比对，包括如下步骤:(I)、融合要比较的两个生物分子网络:将每个生物分子网络定义为:G = (V, E)，其中V为网络中生物分子集合，E为网络中相互作用边的集合；将待测生物分子网络结构G1 = (V1, V2)和被比较的已知数据库中生物分子网络功能模块G2 = (V2, V2)，合并成为一个网络G12 = (V12, E12)，方法是将G1中的每个节点分别与G2中的所有节点相连，再将G2中的每个节点分别与G1中的所有节点相连，如果有一个生物分子同时出现在了 G1和G2中，将G1和G2分别出现的这个生物分子节点合并成为G12中的一个节点，如果这个生物分子仅出现在G1或者G2中的一个，则不发生合并操作，保留为 G12 的一个节点，这样 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:网络中生物分子的功能相似性是基于GO功能注释度量的，一个生物分子可对应于多个GO注释；两个注释之间的相似性可用基于信息熵值的方法度量，某个注释的信息熵值ε (t)由该节点出现概率P (t)计算得到Si； J= ε (t) = -1ogp (t) (I)得到G12中有相互作用的两个生物分子i, j的功能相似性Si;j ;信息熵值ε (t)大于0.8时，两个生物分子功能是相似的；通过度量G12中有相互作用的两个生物分子的功能相似性，可得到G12对应的相似性邻接矩阵；SKesnik (V12，V12) = [SiJ (2)其中Su为生物分子i与生物分子j的功能相似性，即
权利要求
1.构建待测生物分子网络结构的功能分布图谱的方法，包括如下步骤: (1)检测待测生物分子网络结构的功能，得到待测生物分子网络结构与已知数据库中的生物分子网络功能模块的相似性数值； (2)以相似性数值为纵坐标，以已知数据库中的生物分子网络功能模块为横坐标，作图，得到所述待测生物分子网络结构的功能分布图谱； 所述检测待测生物分子网络结构的功能的方法，包括如下步骤: 将待测生物分子网络结构与已知数据库中的每个生物分子网络功能模块进行两两比对，包括如下步骤: (1)、融合要比较的两个生物分子网络: 将每个生物分子网络定义为:G= (V，E)，其中V为网络中生物分子集合，E为网络中相互作用边的集合；将待测生物分子网络结构G1 = (V1, V2)和被比较的已知数据库中生物分子网络功能模块G2 = (V2, V2)，合并成为一个网络G12 = (V12, E12)，方法是将G1中的每个节点分别与G2中的所有节点相连，再将G2中的每个节点分别与G1中的所有节点相连，如果有一个生物分子同时出现在了 G1和G2中，将G1和G2分别出现的这个生物分子节点合并成为G12中的一个节点，如果这个生物分子仅出现在G1或者G2中的一个，则不发生合并操作，保留为 G12 的一个节点，这样 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: 网络中生物分子的功能相似性是基于GO功能注释度量的，一个生物分子可对应于多个GO注释；两个注释之间的相似性可用基于信息熵值的方法度量，某个注释的信息熵值ε (t)由该节点出现概率P (t)计算得到Sijj= ε (t) = -1ogp (t) (I) 得到G12中有相互作用的两个生物分子i，j的功能相似性S。；信息熵值ε (t)大于0.8时，两个生物分子功能是相似的； 通过度量G12中有相互作用的两个生物分子的功能相似性，可得到G12对应的相似性邻接矩阵； H V12) = [SiJ (2) 其中S。为生物分子i与生物分子j的功能相似性，即
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述已知数据库为KEGGPathwayDatabase数据库。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述方法中，在所述两两比较之前，包括如下构建待测生物分子网络结构的步骤:利用生物学实验方法检测若干个待测生物分子之间的相互作用，选出具有相互作用的待测生物分子，将其构建成待测生物分子网络结构。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于:所述若干个待测生物分子是按照如下方法得到的:检测离体的正常组织与离体的发病组织之间的生物分子差异表达情况，得到差异表达的生物分子，即为所述若干个待测生物分子。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于:所述生物学实验方法为酵母双杂交实验方法和/或免疫共沉淀实验方法。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于:所述发病组织为癌症组织，具体为黑色素瘤组织。
7.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于:所述生物分子为蛋白质。
全文摘要
本发明公开了一种构建蛋白网络的功能指纹图谱的方法。本发明的构建待测生物分子网络结构的功能分布图谱的方法，包括如下步骤(1)检测待测生物分子网络结构的功能，得到待测生物分子网络结构与已知数据库中的生物分子网络功能模块的相似性数值；(2)以相似性数值为纵坐标，以已知数据库中的生物分子网络功能模块为横坐标，作图，得到所述待测生物分子网络结构的功能分布图谱。本发明的方法能够简单、方便、快捷地得出待测生物分子网络的结构与功能，还能达到分析与可视化生物分子网络结构与功能的目的，从而为提高生物分析网络乃至寻找疾病成因提供有利的技术支持。
文档编号G06F19/16GK103218542SQ20131015296
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者王升启, 李非, 伯晓晨, 崔修亮 申请人:中国人民解放军军事医学科学院放射与辐射医学研究所