醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件

醫(yī)學數據挖掘網絡分析醫(yī)學數據挖掘網絡分析生物分子網絡概述生物分子網絡分析生物分子網絡的重構和應用生物分子網絡概述引言網絡是復雜系統(tǒng)存在的普遍形式鐵路交通網社會關系網…引言網絡是復雜系統(tǒng)鐵路交通網社會關系網…生物分子網絡是指生命系統(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聯的結構形式。圖作為基本工具用來強調相互作用并直觀表示復雜的節(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系生物分子網絡是指生命系統(tǒng)中形態(tài)與功能上特化的細胞集團之間，以醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件網絡的基本概念網絡的定義以圖G=(V,E)表示網絡，其中：V是網絡的節(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，每條邊代表節(jié)點之間的相互關系。無向網絡有向網絡網絡的基本概念網絡的定義無向網絡有向網絡加權網絡與等權網絡二分網絡第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱加權網絡與等權網絡二分網絡第三期生物信息學培訓班2012年8網絡的表示方式AEABADAFAGFGDCBCABCDEFGA0101111B1010000

C0101000

D1010000

E1000000

F1000001

G1000010

邊對：矩陣：網絡的表示方式AEABC網絡的表示方式列表式基因1 基因2 邊權重基因1 基因3 邊權重……基因n-1 基因n邊權重矩陣式0-1矩陣權重矩陣網絡的表示方式列表式醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件二、基因調控網絡(一)基因調控檢測技術2.ChIP-chip芯片技術

1.

染色質免疫沉淀技術(chromatinImmunoprecipitation,ChIP)

Node:TFandgenes,Edge:regulationrelationships,Directed二、基因調控網絡(一)基因調控檢測技術2.ChIP-ch醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件三、蛋白質互作網絡三、蛋白質互作網絡三、蛋白質互作網絡(一)蛋白質互作檢測技術1.免疫共沉淀技術（co-immunoprecipitation）

三、蛋白質互作網絡(一)蛋白質互作檢測技術1.免疫共沉淀2.酵母雙雜交（yeasttwohybrid，Y2H）

Node:proteins,Edge:interactionrelationships,Un-directed2.酵母雙雜交（yeasttwohybrid，Y2H醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件蛋白質互作數據庫1.HPRD數據庫

/數據庫。該數據庫僅收錄人類數據，是一個包含了蛋白注釋信息，蛋白轉錄后修飾以及蛋白互作等多種信息的人類綜合性數據庫。

第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱蛋白質互作數據庫1.HPRD數據庫http://www四、代謝網絡和信號轉導網絡代謝通路

是指細胞中代謝物在酶的作用下轉化為新的代謝物過程中所發(fā)生的一系列生物化學反應。信號轉導

是指細胞將一種類型的生物信號或刺激轉換為其它生物信號最終激活細胞反應的過程。第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱四、代謝網絡和信號轉導網絡代謝通路是指細胞中代謝物在酶的作醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件SignaltransductionnetworkNode:proteins,signalmolecules,Edge:interactionrelationships,SignaltransductionnetworkNod醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件MetabolicnetworkMetabolicnetwork醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件網絡生物學--通過分析各種生物分子網絡的拓撲和動態(tài)特性來研究細胞的內部組織形式、進化和功能等網絡生物學--通過分析各種生物分子網絡的拓撲和動態(tài)特性來研究生物分子網絡概述生物分子網絡分析網絡的拓撲屬性無標度網絡功能模塊分析生物分子網絡的重構和應用生物分子網絡概述一、網絡的拓撲屬性連通度（degree）節(jié)點v的連通度是指網絡中直接與v相連的邊的數目。對于有向網絡往往還要區(qū)分邊的方向，由節(jié)點v發(fā)出的邊的數目稱為節(jié)點v的出度，指向節(jié)點v的邊數則稱為節(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、網絡的拓撲屬性連通度（degree）節(jié)點A的連通度為3連通度的應用Barabásietal連通度的應用BarabásietalHubnodesHubnodes(二)聚類系數（clusteringcoefficient）無向網絡中

有向網絡中

第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱(二)聚類系數（clusteringcoefficien醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質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)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件案例：利用cytoscape軟件分析癌癥基因網絡的拓撲屬性獲得癌癥基因互作網絡將網絡導入到cytocape網絡可視化分析軟件中選擇plugins->Networkanalysis->analyzenetworkCytoscape：

案例：利用cytoscape軟件分析癌癥基因網絡的拓撲屬性獲醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件網絡的拓撲分析：選擇analyzeNetwork計算節(jié)點的度：選擇calculateNodeDegree網絡的拓撲分析：計算節(jié)點的度：醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件二、無標度網絡無標度網絡定義是指網絡中連通度的分布符合冪率分布，即P(k)~k-r的網絡

A為隨機網絡，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為無標度網絡，其連通度分布符合冪率分布，平均聚類系數函數曲線水平C為層次網絡，其連通度分布與符合冪率分布，平均聚類系數與連通度的倒數成正比二、無標度網絡無標度網絡定義是指網絡中連通度的分布符合冪率分癌癥基因網絡的度分布癌癥基因網絡的度分布無標度網絡形成的生物模型無標度網絡形成的生物模型三、生物分子網絡的模塊性網絡中由許多分子相互結合形成的，有著穩(wěn)定結構和功能的復合體，稱為網絡“模塊”(module)。網絡的模塊性指網絡間的節(jié)點存在著內部彼此高度連接的子節(jié)點集合。由此，模塊化的網絡連通更為緊密。類似概念：模塊（module）：簇（cluster）；社區(qū)（community）；子圖（subgraph）三、生物分子網絡的模塊性網絡中由許多分子相互連通組分（connectedcomponents）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。該網絡有兩個連通組分！第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱連通組分（connectedcomponents）模塊計完全圖模塊（Cliquesmodules）完全圖是每對節(jié)點都直接連接的圖。在蛋白質網絡中的完全圖經常對應蛋白質混合物和共同的功能。這種模塊也反應了共表達基因的簇。完全圖模塊（Cliquesmodules）完全圖是每對節(jié)社會網絡的K-clique模塊社會網絡K-clique是所有結點間的最短距離小于等于k的圖。算法：設置參數k。計算網絡中的所有最大的社會網絡K-clique。每個k-clique形成一個模塊。3-clique社會網絡的K-clique模塊社會網絡K-clique是所有案例：癌癥基因互作網絡的功能模塊分析獲得癌癥基因互作網絡將網絡導入到cytocape網絡可視化分析軟件中選擇plugins->cluster->communitycluster(Glay)點擊Createcluster按鈕，將得到結果點擊vivualizecluster按鈕，顯示結果。案例：癌癥基因互作網絡的功能模塊分析獲得癌癥基因互作網絡選擇：communitycluster(Glay)選擇：communitycluster(Glay)點擊：createclusters點擊vivualizecluster點擊：createclusters點擊vivualize醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件ModulesModules醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析醫(yī)學數據挖掘網絡分析生物分子網絡概述生物分子網絡分析生物分子網絡的重構和應用生物分子網絡概述引言網絡是復雜系統(tǒng)存在的普遍形式鐵路交通網社會關系網…引言網絡是復雜系統(tǒng)鐵路交通網社會關系網…生物分子網絡是指生命系統(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聯的結構形式。圖作為基本工具用來強調相互作用并直觀表示復雜的節(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系生物分子網絡是指生命系統(tǒng)中形態(tài)與功能上特化的細胞集團之間，以醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件網絡的基本概念網絡的定義以圖G=(V,E)表示網絡，其中：V是網絡的節(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，每條邊代表節(jié)點之間的相互關系。無向網絡有向網絡網絡的基本概念網絡的定義無向網絡有向網絡加權網絡與等權網絡二分網絡第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱加權網絡與等權網絡二分網絡第三期生物信息學培訓班2012年8網絡的表示方式AEABADAFAGFGDCBCABCDEFGA0101111B1010000

C0101000

D1010000

E1000000

F1000001

G1000010

邊對：矩陣：網絡的表示方式AEABC網絡的表示方式列表式基因1 基因2 邊權重基因1 基因3 邊權重……基因n-1 基因n邊權重矩陣式0-1矩陣權重矩陣網絡的表示方式列表式醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件二、基因調控網絡(一)基因調控檢測技術2.ChIP-chip芯片技術

1.

染色質免疫沉淀技術(chromatinImmunoprecipitation,ChIP)

Node:TFandgenes,Edge:regulationrelationships,Directed二、基因調控網絡(一)基因調控檢測技術2.ChIP-ch醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件三、蛋白質互作網絡三、蛋白質互作網絡三、蛋白質互作網絡(一)蛋白質互作檢測技術1.免疫共沉淀技術（co-immunoprecipitation）

三、蛋白質互作網絡(一)蛋白質互作檢測技術1.免疫共沉淀2.酵母雙雜交（yeasttwohybrid，Y2H）

Node:proteins,Edge:interactionrelationships,Un-directed2.酵母雙雜交（yeasttwohybrid，Y2H醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件蛋白質互作數據庫1.HPRD數據庫

/數據庫。該數據庫僅收錄人類數據，是一個包含了蛋白注釋信息，蛋白轉錄后修飾以及蛋白互作等多種信息的人類綜合性數據庫。

第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱蛋白質互作數據庫1.HPRD數據庫http://www四、代謝網絡和信號轉導網絡代謝通路

是指細胞中代謝物在酶的作用下轉化為新的代謝物過程中所發(fā)生的一系列生物化學反應。信號轉導

是指細胞將一種類型的生物信號或刺激轉換為其它生物信號最終激活細胞反應的過程。第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱四、代謝網絡和信號轉導網絡代謝通路是指細胞中代謝物在酶的作醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件SignaltransductionnetworkNode:proteins,signalmolecules,Edge:interactionrelationships,SignaltransductionnetworkNod醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件MetabolicnetworkMetabolicnetwork醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件網絡生物學--通過分析各種生物分子網絡的拓撲和動態(tài)特性來研究細胞的內部組織形式、進化和功能等網絡生物學--通過分析各種生物分子網絡的拓撲和動態(tài)特性來研究生物分子網絡概述生物分子網絡分析網絡的拓撲屬性無標度網絡功能模塊分析生物分子網絡的重構和應用生物分子網絡概述一、網絡的拓撲屬性連通度（degree）節(jié)點v的連通度是指網絡中直接與v相連的邊的數目。對于有向網絡往往還要區(qū)分邊的方向，由節(jié)點v發(fā)出的邊的數目稱為節(jié)點v的出度，指向節(jié)點v的邊數則稱為節(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、網絡的拓撲屬性連通度（degree）節(jié)點A的連通度為3連通度的應用Barabásietal連通度的應用BarabásietalHubnodesHubnodes(二)聚類系數（clusteringcoefficient）無向網絡中

有向網絡中

第三期生物信息學培訓班2012年8月中國·哈爾濱(二)聚類系數（clusteringcoefficien醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質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)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件案例：利用cytoscape軟件分析癌癥基因網絡的拓撲屬性獲得癌癥基因互作網絡將網絡導入到cytocape網絡可視化分析軟件中選擇plugins->Networkanalysis->analyzenetworkCytoscape：

案例：利用cytoscape軟件分析癌癥基因網絡的拓撲屬性獲醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件網絡的拓撲分析：選擇analyzeNetwork計算節(jié)點的度：選擇calculateNodeDegree網絡的拓撲分析：計算節(jié)點的度：醫(yī)學數據挖掘網絡分析優(yōu)質課件二、無標度網絡無標度網絡定義是指網絡中連通度的分布符合冪率分布，即P(k)~k-r的網絡

A為隨機網絡，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為無標度網絡，其連通度分布符合冪率分布，平均聚類系數函數曲線水平C為層次網絡，其連通度分布與符合冪率分布，平均聚類系數與連通度的倒數成正比二、無標度網絡無標度網絡定義是指網絡中連通度的分布符合冪率分癌癥基因網絡的度分布癌癥基因網絡的度分布無標度網絡形成的生物模型無標度網絡形成的生物模型三、生物分子網絡的模塊性網絡中由許多分子相互結合形成的，有著穩(wěn)定結構和功能的復合體，稱為網絡“模塊”(module)。網絡的模塊性指網絡間的節(jié)點存在著內部彼此高度連接的子節(jié)點集合。由此，模塊化的網絡連通更為緊密。類似概念：模塊（module）：簇（cluster）；社區(qū)（com