本體在疾病相關(guān)問(wèn)題中的應(yīng)用研究

1、本體在疾病相關(guān)問(wèn)題中的應(yīng)用研究生物信息學(xué)以信息科學(xué)的計(jì)算方法和技術(shù)為手段 , 以數(shù)學(xué)理論和模型為基礎(chǔ) , 采用計(jì)算理論和方法解決生物信息學(xué)相關(guān)問(wèn)題。疾病與人類健康密切相關(guān) , 是生命科學(xué)研究的重要問(wèn)題。以生物網(wǎng)絡(luò)為代表的系統(tǒng)生物學(xué)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(luò)、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、代謝網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的生物網(wǎng)絡(luò)不僅反映了蛋白質(zhì) / 基因 / 疾病等個(gè)體間的關(guān)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(xué)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(duì)基因、疾病等概念進(jìn)行規(guī)范描述及比較 , 有助于解決相關(guān)概念缺乏統(tǒng)一描述的問(wèn)題?；虮倔w、人類表型本體、

2、疾病本體、哺乳動(dòng)物表型本體等生物醫(yī)學(xué)本體可對(duì)基因之間、 疾病之間不同角度的相似性進(jìn)行刻畫(huà) , 已在疾病基因排序、蛋白質(zhì)相互作用預(yù)測(cè)等疾病相關(guān)問(wèn)題中被應(yīng)用。本文以生物醫(yī)學(xué)本體在疾病相關(guān)問(wèn)題中的應(yīng)用為對(duì)象 , 開(kāi)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(dòng)物表型本體的語(yǔ)義相似性及富集分析工具。 目前缺乏利用人類與哺乳動(dòng)物表型本體進(jìn)行語(yǔ)義相似性分析工具 , 首先解析人類和哺乳動(dòng)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(guān)聯(lián)關(guān)系封裝為數(shù)據(jù)對(duì)象 , 并構(gòu)建軟件工具。其次 , 構(gòu)建基于人類與哺乳動(dòng)物表型本體的語(yǔ)義相似性分析和富集分析工具 , 提供多種語(yǔ)義相

3、似性度量指標(biāo)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(shí)驗(yàn)分析表明 ,基于表型本體的語(yǔ)義相似性能較好地刻畫(huà)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(jìn)行蛋白質(zhì)相互作用預(yù)測(cè)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(luò)拓?fù)涮卣鞯念A(yù)測(cè)能力。分別在物理相互作用和共復(fù)合體相互作用數(shù)據(jù)上 , 分析了兩個(gè)蛋白質(zhì)之間的基因本體語(yǔ)義相似性、 共通路性、相互作用網(wǎng)絡(luò)中拓?fù)涮匦詫?duì)于蛋白質(zhì)相互作用的預(yù)測(cè)能力 , 并集

4、成多種異質(zhì)特征進(jìn)行蛋白質(zhì)相互作用預(yù)測(cè)。實(shí)驗(yàn)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(yù)測(cè)效果存在較大差異 , 而集成生物和拓?fù)涮卣骺梢赃_(dá)到較好的預(yù)測(cè)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(luò)和疾病網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)模型 , 在構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)和疾病網(wǎng)絡(luò)時(shí) , 集成了組織特異性和表型特征。 同時(shí) ,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(shí)驗(yàn)分析表明 , 在組織特異蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)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(luò)。 其他研究工作常用包含 5080 個(gè)疾病相似性數(shù)據(jù)集 , 本文提出的疾病網(wǎng)絡(luò)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(guò)集成人類和哺乳動(dòng)物表型本體 , 將人類和小鼠的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行跨物種映射 , 結(jié)合人類疾病與小鼠疾病模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系及人與小鼠的同源基因關(guān)系 , 利用小鼠疾病數(shù)據(jù)進(jìn)行人類疾病基因排序。實(shí)驗(yàn)分析表明 , 將小鼠的疾病數(shù)據(jù)補(bǔ)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(guān)系 , 將人類和小鼠的組織特異蛋白質(zhì)相