本體在疾病相關問題中的應用研究

1、本體在疾病相關問題中的應用研究生物信息學以信息科學的計算方法和技術(shù)為手段 , 以數(shù)學理論和模型為基礎 , 采用計算理論和方法解決生物信息學相關問題。疾病與人類健康密切相關 , 是生命科學研究的重要問題。以生物網(wǎng)絡為代表的系統(tǒng)生物學研究方法是疾病研究的有效工具 , 包括蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡、基因調(diào)控網(wǎng)絡、代謝網(wǎng)絡在內(nèi)的生物網(wǎng)絡不僅反映了蛋白質(zhì) / 基因 / 疾病等個體間的關聯(lián) , 也包含更高層次的生物模塊、 通路等組織形式。本體是生物醫(yī)學研究的重要工具 , 利用本體中條目構(gòu)成的受控詞匯表 , 可對基因、疾病等概念進行規(guī)范描述及比較 , 有助于解決相關概念缺乏統(tǒng)一描述的問題?；虮倔w、人類表型本體、

2、疾病本體、哺乳動物表型本體等生物醫(yī)學本體可對基因之間、 疾病之間不同角度的相似性進行刻畫 , 已在疾病基因排序、蛋白質(zhì)相互作用預測等疾病相關問題中被應用。本文以生物醫(yī)學本體在疾病相關問題中的應用為對象 , 開展了以下研究工作 , 論文的主要工作和創(chuàng)新如下。 1. 構(gòu)建了基于人類表型本體和哺乳動物表型本體的語義相似性及富集分析工具。 目前缺乏利用人類與哺乳動物表型本體進行語義相似性分析工具 , 首先解析人類和哺乳動物表型本體數(shù)據(jù) , 將本體中包含的表型條目的內(nèi)容及關聯(lián)關系封裝為數(shù)據(jù)對象 , 并構(gòu)建軟件工具。其次 , 構(gòu)建基于人類與哺乳動物表型本體的語義相似性分析和富集分析工具 , 提供多種語義相

3、似性度量指標及富集分析方法 , 用于分析基因間和疾病間在表型層面的相似性 , 以及基因集合和疾病集合的表型特征。實驗分析表明 ,基于表型本體的語義相似性能較好地刻畫基因與疾病在表型層面的相似性 , 基于表型本體的富集分析可用于研究疾病和基因集合的表型特征 , 提供了不同于基因本體的視角。 2. 提出了集成多種類型的異質(zhì)特征進行蛋白質(zhì)相互作用預測方法 , 并在不同類型的蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)中 , 分析了不同的生物和網(wǎng)絡拓撲特征的預測能力。分別在物理相互作用和共復合體相互作用數(shù)據(jù)上 , 分析了兩個蛋白質(zhì)之間的基因本體語義相似性、 共通路性、相互作用網(wǎng)絡中拓撲特性對于蛋白質(zhì)相互作用的預測能力 , 并集

4、成多種異質(zhì)特征進行蛋白質(zhì)相互作用預測。實驗分析表明 , 在不同類型的相互作用數(shù)據(jù)上 , 不同的特征的預測效果存在較大差異 , 而集成生物和拓撲特征可以達到較好的預測效果。3. 提出了集成表型與組織特異數(shù)據(jù)的疾病基因排序方法。 該方法基于由蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡和疾病網(wǎng)絡構(gòu)成的異質(zhì)網(wǎng)絡模型 , 在構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡和疾病網(wǎng)絡時 , 集成了組織特異性和表型特征。 同時 ,分析了組織特異性與表型特征在疾病基因排序中的作用。 多種排序方法的實驗分析表明 , 在組織特異蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡上集成表型特征 , 其排序效果優(yōu)于使用原本的組織特異蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡。 其他研究工作常用包含 5080 個疾病相似性數(shù)據(jù)集 , 本文提出的疾病網(wǎng)絡構(gòu)建方法也可用于不包含在此數(shù)據(jù)集中的疾病。 4. 提出了基于跨物種數(shù)據(jù)的疾病基因排序方法。通過集成人類和哺乳動物表型本體 , 將人類和小鼠的表型數(shù)據(jù)進行跨物種映射 , 結(jié)合人類疾病與小鼠疾病模型的關聯(lián)關系及人與小鼠的同源基因關系 , 利用小鼠疾病數(shù)據(jù)進行人類疾病基因排序。實驗分析表明 , 將小鼠的疾病數(shù)據(jù)補充到人類數(shù)據(jù)中 , 可提高人類疾病基因排序效果。 另一方面 , 基于同源基因關系 , 將人類和小鼠的組織特異蛋白質(zhì)相