1、生物分子網(wǎng)絡(luò)概述生物分子網(wǎng)絡(luò)分析生物分子網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和應(yīng)用生物分子網(wǎng)絡(luò)概述引言 網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜系統(tǒng) 存在的普遍形式鐵路交通網(wǎng)社會關(guān)系網(wǎng)引言 網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜系統(tǒng)鐵路交通網(wǎng)社會關(guān)系網(wǎng)生物分子網(wǎng)絡(luò)是指生命系統(tǒng)中形態(tài)與功能上特化的細胞集團之間，以及各種生物大分子在組合上相互關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式。圖作為基本工具用來強調(diào)相互作用并直觀表示復(fù)雜的節(jié)點代表生物分子，邊代表他們之間在生命過程中的某種關(guān)系生物分子網(wǎng)絡(luò)是指生命系統(tǒng)中形態(tài)與功能上特化的細胞集團之間，以醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件網(wǎng)絡(luò)的基本概念網(wǎng)絡(luò)的定義以圖G= (V, E)表示網(wǎng)絡(luò)，其中：V 是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點集合，每個節(jié)點代表一個要分析的對象；E 是邊的集合，每條邊代表

2、節(jié)點之間的相互關(guān)系。無向網(wǎng)絡(luò)有向網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的基本概念網(wǎng)絡(luò)的定義無向網(wǎng)絡(luò)有向網(wǎng)絡(luò)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)與等權(quán)網(wǎng)絡(luò)二分網(wǎng)絡(luò)第三期生物信息學(xué)培訓(xùn)班2012年8月 中國 哈爾濱加權(quán)網(wǎng)絡(luò)與等權(quán)網(wǎng)絡(luò)二分網(wǎng)絡(luò)第三期生物信息學(xué)培訓(xùn)班2012年8 網(wǎng)絡(luò)的表示方式 A EA BA DA FA GF GD CB C A B C D E F GA 0 1 0 1 1 1 1 B 1 0 1 0 0 0 0 C 0 1 0 1 0 0 0 D 1 0 1 0 0 0 0 E 1 0 0 0 0 0 0 F 1 0 0 0 0 0 1 G 1 0 0 0 0 1 0 邊 對： 矩陣： 網(wǎng)絡(luò)的表示方式 A E A B C網(wǎng)絡(luò)的表示方式列表

3、式基因1基因2 邊權(quán)重基因1基因3 邊權(quán)重基因n-1 基因n 邊權(quán)重矩陣式0-1矩陣權(quán)重矩陣網(wǎng)絡(luò)的表示方式列表式醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件二、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(一) 基因調(diào)控檢測技術(shù)2. ChIP-chip芯片技術(shù) 1. 染色質(zhì)免疫沉淀技術(shù)(chromatin Immunoprecipitation, ChIP) Node: TF and genes, Edge: regulation relationships,Directed二、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(一) 基因調(diào)控檢測技術(shù)2. ChIP-ch醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件三、蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)三、蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)三、蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)(一) 蛋白質(zhì)互作檢測技術(shù)

4、1. 免疫共沉淀技術(shù)（co-immunoprecipitation） 三、蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)(一) 蛋白質(zhì)互作檢測技術(shù)1. 免疫共沉淀2. 酵母雙雜交（yeast two hybrid，Y2H） Node: proteins, Edge: interaction relationships,Un-directed2. 酵母雙雜交（yeast two hybrid，Y2H醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件蛋白質(zhì)互作數(shù)據(jù)庫1. HPRD數(shù)據(jù)庫 /數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫僅收錄人類數(shù)據(jù)，是一個包含了蛋白注釋信息，蛋白轉(zhuǎn)錄后修飾以及蛋白互作等多種信息的人類綜合性數(shù)據(jù)庫。 第三期生物信息學(xué)培訓(xùn)班2012年8月 中國 哈爾

5、濱蛋白質(zhì)互作數(shù)據(jù)庫1. HPRD數(shù)據(jù)庫 http:/www四、代謝網(wǎng)絡(luò)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)代謝通路 是指細胞中代謝物在酶的作用下轉(zhuǎn)化為新的代謝物過程中所發(fā)生的一系列生物化學(xué)反應(yīng)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 是指細胞將一種類型的生物信號或刺激轉(zhuǎn)換為其它生物信號最終激活細胞反應(yīng)的過程。第三期生物信息學(xué)培訓(xùn)班2012年8月 中國 哈爾濱四、代謝網(wǎng)絡(luò)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)代謝通路 是指細胞中代謝物在酶的作醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件Signal transduction networkNode: proteins, signal molecules,Edge: interaction relationships, Signal tr

6、ansduction networkNod醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件Metabolic networkMetabolic network醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)-通過分析各種生物分子網(wǎng)絡(luò)的拓撲和動態(tài)特性來研究細胞的內(nèi)部組織形式、進化和功能等網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)-通過分析各種生物分子網(wǎng)絡(luò)的拓撲和動態(tài)特性來研究生物分子網(wǎng)絡(luò)概述生物分子網(wǎng)絡(luò)分析網(wǎng)絡(luò)的拓撲屬性無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)功能模塊分析生物分子網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和應(yīng)用生物分子網(wǎng)絡(luò)概述一、網(wǎng)絡(luò)的拓撲屬性 連通度（degree）節(jié)點v的連通度是指網(wǎng)絡(luò)中直接與v相連的邊的數(shù)目。對于有向網(wǎng)絡(luò)往往還要區(qū)分邊的方向，由節(jié)點v發(fā)出的邊的數(shù)目稱為節(jié)點v的出度，指向節(jié)點v的邊

7、數(shù)則稱為節(jié)點v的入度。 節(jié)點A的連通度為3 節(jié)點A的入度為1，出度為2 一、網(wǎng)絡(luò)的拓撲屬性 連通度（degree）節(jié)點A的連通度為3 連通度的應(yīng)用Barabsi et al 連通度的應(yīng)用Barabsi et alHub nodesHub nodes(二) 聚類系數(shù)（clustering coefficient ）無向網(wǎng)絡(luò)中 有向網(wǎng)絡(luò)中 第三期生物信息學(xué)培訓(xùn)班2012年8月 中國 哈爾濱(二) 聚類系數(shù)（clustering coefficien醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件疾病基因與藥物靶點距離疾病基因與藥物靶點距離醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)

8、課件醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件案例：利用cytoscape軟件分析癌癥基因網(wǎng)絡(luò)的拓撲屬性獲得癌癥基因互作網(wǎng)絡(luò) 將網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入到cytocape網(wǎng)絡(luò)可視化分析軟件中選擇plugins-Network analysis-analyze networkCytoscape： 案例：利用cytoscape軟件分析癌癥基因網(wǎng)絡(luò)的拓撲屬性獲醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件網(wǎng)絡(luò)的拓撲分析：選擇analyze Network計算節(jié)點的度：選擇calculateNodeDegree網(wǎng)絡(luò)的拓撲分析：計算節(jié)點的度：醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)挖掘網(wǎng)絡(luò)分析培訓(xùn)課件二、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)定義是指網(wǎng)絡(luò)中連通度的分布符合

9、冪率分布，即P(k)k-r的網(wǎng)絡(luò) A為隨機網(wǎng)絡(luò)，其連通度分布符合泊松分布，在大尺度情況下近似服從正態(tài)分布。B為無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，其連通度分布符合冪率分布，平均聚類系數(shù)函數(shù)曲線水平C為層次網(wǎng)絡(luò)，其連通度分布與符合冪率分布，平均聚類系數(shù)與連通度的倒數(shù)成正比二、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)定義是指網(wǎng)絡(luò)中連通度的分布符合冪率分癌癥基因網(wǎng)絡(luò)的度分布癌癥基因網(wǎng)絡(luò)的度分布無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)形成的生物模型無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)形成的生物模型三、生物分子網(wǎng)絡(luò)的模塊性 網(wǎng)絡(luò)中由許多分子相互結(jié)合形成的，有著穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)合體，稱為網(wǎng)絡(luò)“模塊”(module)。 網(wǎng)絡(luò)的模塊性指網(wǎng)絡(luò)間的節(jié)點存在著內(nèi)部彼此高度連接的子節(jié)點集合。由此，模塊化的網(wǎng)絡(luò)連通

10、更為緊密。 類似概念：模塊（module）：簇（cluster）；社區(qū)（community）；子圖（subgraph）三、生物分子網(wǎng)絡(luò)的模塊性 網(wǎng)絡(luò)中由許多分子相互連通組分（connected components）模塊 計算圖的所有連通組分，即連通子圖。每個連通組分形成一個模塊。該網(wǎng)絡(luò)有兩個連通組分！第三期生物信息學(xué)培訓(xùn)班2012年8月 中國 哈爾濱連通組分（connected components）模塊 計完全圖模塊（Cliques modules） 完全圖是每對節(jié)點都直接連接的圖。在蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中的完全圖經(jīng)常對應(yīng)蛋白質(zhì)混合物和共同的功能。這種模塊也反應(yīng)了共表達基因的簇。完全圖模塊（Cliq

11、ues modules） 完全圖是每對節(jié)社會網(wǎng)絡(luò)的K-clique模塊社會網(wǎng)絡(luò)K-clique是所有結(jié)點間的最短距離小于等于k的圖。算法：設(shè)置參數(shù)k。計算網(wǎng)絡(luò)中的所有最大的社會網(wǎng)絡(luò)K-clique。每個k-clique形成一個模塊。3-clique社會網(wǎng)絡(luò)的K-clique模塊社會網(wǎng)絡(luò)K-clique是所有案例：癌癥基因互作網(wǎng)絡(luò)的功能模塊分析獲得癌癥基因互作網(wǎng)絡(luò) 將網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入到cytocape網(wǎng)絡(luò)可視化分析軟件中選擇plugins-cluster-community cluster (Glay)點擊Create cluster按鈕，將得到結(jié)果點擊vivualize cluster按鈕，顯示結(jié)果。案例：癌癥基因互作網(wǎng)絡(luò)的功能模塊分析