組織特異性PPI網(wǎng)絡(luò)生物功能模塊識(shí)別研究.pdf

1、組織特異性組織特異性PPI網(wǎng)絡(luò)生物功能模塊網(wǎng)絡(luò)生物功能模塊識(shí)別識(shí)別研究研究ResearchonIdentificationofBiologicalFunctionModulesinTissueSpecificProteinProteinInteractionwk專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)作者姓名：張小馳指導(dǎo)教師：宮秀軍副教授天津大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院二零一四年十一月摘要辨識(shí)組織特異性蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵蛋白質(zhì)及功能模塊對(duì)理解

2、生物體的內(nèi)在活動(dòng)機(jī)制、具有針對(duì)性的疾病診斷和藥物設(shè)計(jì)具有重要作用。識(shí)別蛋白質(zhì)及功能模塊需要高可靠性的PPI網(wǎng)絡(luò)、高準(zhǔn)確率的識(shí)別算法以及系統(tǒng)的功能分析方法。本文以人類組織特異性基因及其相應(yīng)的PPI網(wǎng)絡(luò)作為原始數(shù)據(jù)源，識(shí)別重要的DateHub蛋白（DH蛋白），并對(duì)這些蛋白及其關(guān)聯(lián)密集模塊進(jìn)行功能驗(yàn)證。同時(shí)，為了挖掘保守的功能模塊，提出了一種基于半馬爾科夫隨機(jī)游走模型的迭代加權(quán)子圖查詢算法。本文的主要貢獻(xiàn)包括：首先，針對(duì)已有的人類組織特異性基

3、因及其相應(yīng)的PPI網(wǎng)絡(luò)，利用最短路徑算法，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于MapReduce框架的強(qiáng)關(guān)聯(lián)組織特異性基因編碼蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建算法。對(duì)人類腎臟和腦組織的PPI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性給出了定量評(píng)價(jià)。其次，為分析和發(fā)現(xiàn)PPI網(wǎng)絡(luò)中的組織特異性功能及關(guān)鍵蛋白，實(shí)現(xiàn)了一種融合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚嚯x和GO相似性兩種度量的關(guān)聯(lián)模塊識(shí)別算法。在人類腎組織的PPI網(wǎng)絡(luò)中，識(shí)別出118個(gè)DH蛋白，對(duì)36個(gè)強(qiáng)關(guān)聯(lián)DH蛋白進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)IGF1蛋白

4、與其強(qiáng)關(guān)聯(lián)模塊在腎肥大疾病中的橋梁作用。最后，提出了一個(gè)基于半馬爾科夫隨機(jī)游走模型的迭代加權(quán)子圖查詢算法，以識(shí)別相互作用網(wǎng)絡(luò)中的保守功能模塊。結(jié)點(diǎn)相似性計(jì)算和目標(biāo)圖約簡(jiǎn)是子圖查詢算法中提高查詢準(zhǔn)確率和降低計(jì)算復(fù)雜性的兩種常用手段。在結(jié)點(diǎn)相似性計(jì)算中，設(shè)計(jì)了基于半馬爾科夫游走模型的集成結(jié)點(diǎn)本身相似性、結(jié)構(gòu)相似性以及鄰居結(jié)點(diǎn)相似性的綜合度量方法；在目標(biāo)圖約簡(jiǎn)的過(guò)程中，通過(guò)迭代遞減目標(biāo)圖中低相似性結(jié)點(diǎn)，以降低目標(biāo)圖的規(guī)模。對(duì)多個(gè)真實(shí)PPI網(wǎng)絡(luò)