基于改进的PSO算法的关键蛋白质识别方法研究

关键蛋白质是生物体内维持所有生命活动最重要的物质基础。随着高通量技术的发展,如何从蛋白质相互作用网络中识别出关键蛋白质成为目前蛋白质组学的研究热点。针对大部分现有方法仅仅基于网络拓扑结构信息进行识别以及蛋白质相互作用数据假阳性高的问题,提出了改进的粒子群算法来识别关键蛋白质。通过综合考虑网络拓扑结构特性和多源生物属性信息构建了高质量的加权网络,还考虑使用蛋白质节点间联系的紧密程度来衡量蛋白质的关键性,并扩展局部网络拓扑至二阶邻居,大大提高了预测的准确率。提出了衡量top-p关键蛋白质的整体性指标,降低了计算复杂度。在标准数据集上的实验结果表明,与其他经典算法相比,所提算法更具优势,能够识别出更多的蛋白质,具有较高的准确率。     

基于加权子网参与度和多源信息融合的关键蛋白质识别算法

现有关键蛋白质识别算法对生物信息考虑不全面、识别准确率亦有待提高,针对此问题,提出一种高效关键蛋白质识别算法PDWS。首先,结合由亚细胞定位信息获取到的蛋白质位置和蛋白质相互作用网络边聚类系数构建加权网络;其次,依据蛋白质所处亚细胞位置,提出亚细胞定位区室子网参与度指标;最后,融合亚细胞定位区室子网参与度和蛋白质复合物子网参与度指标,多维度度量蛋白质关键性。在DIP和Krogan两个标准数据集上的实验结果表明,PDWS算法性能优于PeC、PCSD等已有算法,可识别出更多特定结构的关键蛋白质,且识别精度分别达到0.76与0.73。     

基于中心性和模块特性的关键蛋白质识别

针对蛋白质相互作用（protein-protein interaction,PPI）网络中存在大量噪声以及现有关键蛋白识别方法准确率不高等问题,提出了一种基于中心性和模块特性（united centrality and modularity,UCM）的方法来识别关键蛋白质。首先,整合蛋白质拓扑数据和生物数据构建多元属性网络,以降低PPI网络中噪声的影响;其次,根据关键蛋白质的拓扑特性和生物特性,提出一种挖掘稠密且高度共表达的关键模块算法,从多元属性网络中挖掘高可靠性的关键模块,以从多维角度强化关键蛋白质在模块中的重要程度;最后,整合蛋白质的中心性和模块化特性,设计一种衡量蛋白质关键性的策略（essential integration strategy,EIS）,以提高识别高关键蛋白质的准确率。UCM方法应用在DIP数据集上进行验证,实验结果表明,与其他10种关键蛋白质识别方法相比较,该方法具有较好的识别性能,能够识别更多的关键蛋白质。     

基于时序加权PPI网络的关键蛋白质识别

关键蛋白质是生物体内一切生命活动中不可缺少的物质基础,关键蛋白质的识别不仅可以从理论上理解生命活动机理,同时在实际应用中为药物研制、疾病治疗提供重要基础。目前,现有的关键蛋白质识别算法大多应用在静态PPI网络上,忽略了蛋白质的动态性和保守性,只考虑网络拓扑结构,忽略了蛋白质的生物特性,并且未能完全解决PPI网络中假阳性和假阴性问题。针对以上问题,构建一种混合动态保守蛋白质的时序加权PPI网络,并提出一种名为JTBC（Joint Topological properties,Biological properties and Complexes information）的关键蛋白质识别算法。利用基因表达数据提取动态蛋白质和保守蛋白质的活性信息,以动态调整静态PPI网络进而构建时序PPI网络,有效降低了PPI网络中的假阴性;设计一种融合双重拓扑特性的点边凝聚度DEcc（node and edge cohesion coefficient）,以衡量蛋白质在PPI网络中的拓扑特性,再结合带有生物特性的蛋白质结构域信息和皮尔逊相关系数为时序PPI网络加权,以准确描述蛋白质之间的相互作用,减少了假阳性的影响;根据关键蛋白质的聚集特性和共表达特性,设计一种共表达复合物中心性方法局部评估蛋白质的重要程度。综上考虑,整合权重信息和蛋白质复合物信息来综合衡量蛋白质的关键性。实验结果表明该算法能够从全局和局部特性较准确地识别关键蛋白质。     

一种新的基于多数据源的蛋白质复合物识别算法

蛋白质复合物是许多生物过程得以实现的基石。蛋白质相互作用数据中的假阳性和假阴性对各种识别蛋白质复合物的计算方法有不良影响。为了解决这一问题,1种新的蛋白质复合物识别算法(ICMDS,Identifying Complexes based on Multiple Data Sources)被提出。该方法整合基因表达谱、关键蛋白质信息和蛋白质相互作用3种生物数据进行蛋白质复合物的挖掘。首先,ICMDS重新定义了2个相互作用的蛋白质之间的功能相似性(FS,Functional Similarity)。然后,ICMDS选择已知的关键蛋白质作为种子构建蛋白质复合物。为了消除冗余的复合物,ICMDS算法也设计了冗余过滤子程序。另外,ICMDS也使用非关键蛋白质作为种子并将之扩展为蛋白质复合物。实验结果表明ICMDS识别蛋白质复合物的能力明显优于其他计算方法。     

一种基于动态加权PPI网络的关键蛋白质识别算法

与静态PPI网络相比,动态PPI网络更能体现蛋白质之间相互作用的真实情况,并有效降低PPI网络中的假阴性。现有的关键蛋白质预测方法主要应用在静态PPI网络,忽视了PPI网络的动态特性。为有效预测关键蛋白质,利用基因表达数据提取蛋白质的动态信息,再结合静态PPI网络构建动态PPI网络,然后引入GO术语对网络加权,并基于动态加权PPI网络提出一种新的预测方法-DWE。该方法以蛋白质在动态网络中的动态加权边之和与蛋白质在动态网络中出现的次数的比值衡量蛋白质在网络中的关键性。实验结果表明动态加权PPI网络有助于提高关键蛋白质的预测精度,且DWE方法优于其他几种关键蛋白质预测方法。     

基于动态网络切分的关键蛋白质预测方法

关键蛋白质作为蛋白质中的关键物质,不仅对研究细胞生长调控有着重要意义,也为更深层次的疾病研究奠定理论基础.目前,针对关键蛋白质的识别方法大多为应用基因表达信息和蛋白质相互作用网络,提出识别关键蛋白质的静态和动态网络方法,但这些方法未考虑基因表达调控的周期性规律,无法准确地刻画受基因周期调控的蛋白质网络.为此,在基因表达动态性的基础上引入了基因周期性表达的概念,提出了一种动态网络切分方法.该方法通过构建基因“活性”表达矩阵,利用切分后的“活性”表达矩阵作用于蛋白质相互作用网络,从而形成蛋白质周期子网络,最终综合各周期子网络来衡量蛋白质结点在网络中的重要性.实验结果表明,该方法在酵母、大肠杆菌和人类膀胱数据中可以有效地提高关键蛋白质预测率.     

基于复合物参与度和密度的关键蛋白质预测

针对在蛋白质相互作用网络上的关键蛋白质识别只关注拓扑特性,蛋白质相互作用数据中存在较高比例的假阳性数据以及基于复合物信息的关键蛋白质识别算法对节点的邻域信息和复合物的挖掘对关键蛋白质的识别影响效果考虑不够全面等导致的识别准确率和特异性不高的问题,提出一种基于复合物参与度和密度的关键蛋白质预测算法PEC。首先融合GO注释信息和边聚集系数构造加权PPI网络,克服假阳性对实验结果的影响;基于蛋白质相互作用的边权重,构造相似度矩阵,设计特征值间的最大本征差值来自动确定划分数目K,同时根据加权网络中的蛋白质节点度来选取K个初始聚类中心,进而利用谱聚类结合模糊C-means聚类算法实现复合物的挖掘,提高聚类的准确率,降低数据的维数;其次基于蛋白质节点的复合物参与度以及节点邻域子图密度,设计出关键节点的关键性得分。在DIP和Krogan 2个数据集上,将PEC与DC、BC、CC、SC、IC、PeC、WDC、LIDC、LBCC和UC 10种经典算法相比,实验结果表明,PEC算法能够识别出更多的关键蛋白质,且聚类结果的准确率和特异性较高。     

基于关键功能模块挖掘的蛋白质功能预测

精确注释蛋白质功能是从分子水平理解生物体的关键.由于内在的困难和昂贵的开销,实验方法注释蛋白质功能已经很难满足日益增长的序列数据.为此,提出了许多基于蛋白质相互作用（Protein-protein interaction,PPI）网络的计算方法预测蛋白质功能.当今蛋白质功能预测的趋势是融合蛋白质相互作用网络和异构生物数据.本文提出一种基于多关系网络中关键功能模块挖掘的蛋白质功能预测算法.关键功能模块由一组紧密联系且共享生物功能的蛋白质组成,它们能与网络中的剩余部分较好地区分开来.算法通过从多关系网络的每一个简单网络中挖掘高内聚、低耦合的子图形成关键功能模块.关键功能模块中邻居蛋白质的功能用于注释待预测功能的蛋白质.每一个简单网络在蛋白质功能预测中的重要性各不相同.实验结果表明,提出的方法性能优于现有的蛋白质功能预测方法.     

基于模块度函数的加权蛋白质复合物识别算法

针对加权模块度函数聚类算法在蛋白质相互作用网络中进行复合物识别的准确率不高、召回率较低以及时间性能不佳等问题进行了研究,提出一种基于模块度函数的加权蛋白质复合物识别算法IWPC-MF（Algorithm for Identifying Weighted Protein Complexes based on Modularity Function）。融合点聚集系数改进边聚集系数,将改进后的边点聚集系数与基因共表达的皮尔逊相关系数结合来构建加权蛋白质网络;基于节点权重选取种子节点,遍历种子的邻居节点,设计节点间的相似度度量和蛋白质附着度来获取初始聚类模块;设计基于紧密度的蛋白质复合物模块度函数来合并初始模块,并最终完成复合物的识别,克服传统的模块度函数无法识别出重叠和规模较小的复合物的缺陷。将IWPC-MF算法应用在DIP数据上进行复合物的识别,实验结果表明IWPC-MF算法的准确率和召回率较高,能够较准确地识别蛋白质复合物。     

基于本体的领域文档主题抽取方法研究

为了使抽取的主题词更能反映领域文档的内容,提出一种基于本体的领域文档主题抽取方法。该方法利用领域文档的特点,使用领域本体对文档词汇集进行过滤,排除非领域高频词汇的干扰并降低文档词汇集维度,从而提高算法效率和抽取质量;利用同/近义词典对文档候选主题词及其权重进行合并,降低同/近义词对抽取结果的影响,使得结果更加全面准确。实验表明,该方法具有较高的正确率和召回率。     

基于蛋白质互作网络挖掘结直肠癌致病基因

结直肠癌是消化系统常见的恶性肿瘤之一,死亡率居发达国家恶性肿瘤死亡率的第3位。本文通过生物分析进行结直肠癌致病基因的识别。首先,基于GEO中GSE9348基因表达数据集,利用R语言的LIMMA包筛选出P<0.05,Fold change>2的结直肠癌差异基因339个;其次,基于OMIM数据库中已知结直肠癌的致病基因和STRING数据库,获得差异表达基因与致病基因的蛋白质互作网络;接着利用Cytoscape软件的ClusterONE插件进行蛋白质互作网络模块分析,获得一个含有53个基因的子网络;最后,通过对子网络的拓扑分析,获得了FOS、CCND1、CEBPB、EGR1和NOS3等5个新结直肠癌致病基因。同时,通过功能富集分析和文献挖掘对新发现的致病基因进行验证。     

一种蛋白质复合体模块度函数及其识别算法

蛋白质复合体对于研究细胞活动具有重要意义.随着新的生物实验技术的不断出现,产生了大量的蛋白质相互作用网络.通过对蛋白质相互作用网络进行聚类识别蛋白质复合体是当前研究热点.然而,目前大多数蛋白质复合体识别算法的性能不够理想.为此,提出了蛋白质复合体模块度函数(PQ),并在此基础上提出了基于蛋白质复合体模块度函数的模块合并(based on protein complexes modularity function for merging modules, BMM)算法.BMM算法首先识别网络中一些稠密子图作为初始模块,然后依据PQ函数对这些初始模块进行合并,最终得到了质量较高的蛋白质复合体.将识别出的复合体分别与2种已知的蛋白质复合体数据集进行比对,结果表明BMM算法具有很好的识别性能.此外,与其他最新的识别算法相比,BMM算法的识别准确率较高.     

一种面向蛋白质复合体检测的图聚类方法

蛋白质互作用(protein-protein interaction, PPI)网络是广泛存在的一类复杂生物网络,其网络拓扑特征与功能模块分析密切相关.图聚类是对复杂网络进行分析和处理的一种重要计算方法.传统的PPI网络中蛋白质复合体检测算法通常对网络图中的对象进行硬划分,而寻找网络中的重叠簇的软聚类算法已成为当前研究热点之一.现有的软聚类算法较少关注寻找网络中具有重要生物意义的小规模非稠密簇.对此,基于网络中结点邻域给出了边关联强度的度量方法,并在此基础上提出了一种基于流模拟的PPI网络中复合体检测的图聚类(flow-simulation graph clustering, F-GCL)算法,该算法可以在快速发现PPI网络中的重叠簇的同时找到小规模非稠密簇;同时,与MCODE(molecular complex detection),MCL(Markov clustering),RNSC(restricted neighborhood search clustering)和CPM(clique percolation method)算法在6个酿酒酵母PPI网络上进行比较,该算法在F-measure,Accuracy,Separation方面表现了较好的性能.     

基于贪婪算法的疾病相关蛋白质子网搜索

各种研究结果不断证明,人类各种常见疾病都属于复杂疾病,是由多基因、多因素、遗传和环境共同作用的结果。借助于高通量生物技术的飞速发展,生物学家建立起了蛋白交互网络,如果借助复杂网络研究的方法,从这些网络中找出与疾病相关的蛋白质子网络,将有助于我们更深入地了解生物体的运作机制。本文提出了一种基于贪婪算法的搜索方法,能够自动地搜索整个网络中的子网或模块,并且能够结合芯片数据同时进行T检验来判断子网络对疾病表型的区分能力。通过计算子网的P值,给出该蛋白质子网络的统计显著性值并进行区分能力排序。运行结果表明,本方法不但能够用于发现已知的疾病蛋白,而且能够对未知的蛋白进行预测,结合生物芯片技术,将会对疾病基因的研究提供有价值的信息。