医学数据挖掘网络分析讲解培训课件

1、生物分子网络概述生物分子网络分析生物分子网络的重构和应用生物分子网络概述引言 网络是复杂系统 存在的普遍形式铁路交通网社会关系网引言 网络是复杂系统铁路交通网社会关系网生物分子网络是指生命系统中形态与功能上特化的细胞集团之间，以及各种生物大分子在组合上相互关联的结构形式。图作为基本工具用来强调相互作用并直观表示复杂的节点代表生物分子，边代表他们之间在生命过程中的某种关系生物分子网络是指生命系统中形态与功能上特化的细胞集团之间，以医学数据挖掘网络分析讲解培训课件网络的基本概念网络的定义以图G= (V, E)表示网络，其中：V 是网络的节点集合，每个节点代表一个要分析的对象；E 是边的集合，每条边

2、代表节点之间的相互关系。无向网络有向网络网络的基本概念网络的定义无向网络有向网络加权网络与等权网络二分网络第三期生物信息学培训班2012年8月 中国 哈尔滨加权网络与等权网络二分网络第三期生物信息学培训班2012年8 网络的表示方式 A EA BA DA FA GF GD CB C A B C D E F GA 0 1 0 1 1 1 1 B 1 0 1 0 0 0 0 C 0 1 0 1 0 0 0 D 1 0 1 0 0 0 0 E 1 0 0 0 0 0 0 F 1 0 0 0 0 0 1 G 1 0 0 0 0 1 0 边 对： 矩阵： 网络的表示方式 A E A B C网络的表示方式

3、列表式基因1基因2 边权重基因1基因3 边权重基因n-1 基因n 边权重矩阵式0-1矩阵权重矩阵网络的表示方式列表式医学数据挖掘网络分析讲解培训课件二、基因调控网络(一) 基因调控检测技术2. ChIP-chip芯片技术 1. 染色质免疫沉淀技术(chromatin Immunoprecipitation, ChIP) Node: TF and genes, Edge: regulation relationships,Directed二、基因调控网络(一) 基因调控检测技术2. ChIP-ch医学数据挖掘网络分析讲解培训课件三、蛋白质互作网络三、蛋白质互作网络三、蛋白质互作网络(一) 蛋白质

4、互作检测技术1. 免疫共沉淀技术（co-immunoprecipitation） 三、蛋白质互作网络(一) 蛋白质互作检测技术1. 免疫共沉淀2. 酵母双杂交（yeast two hybrid，Y2H） Node: proteins, Edge: interaction relationships,Un-directed2. 酵母双杂交（yeast two hybrid，Y2H医学数据挖掘网络分析讲解培训课件蛋白质互作数据库1. HPRD数据库 /数据库。该数据库仅收录人类数据，是一个包含了蛋白注释信息，蛋白转录后修饰以及蛋白互作等多种信息的人类综合性数据库。 第三期生物信息学培训班2012年

5、8月 中国 哈尔滨蛋白质互作数据库1. HPRD数据库 http:/www2. DIP数据库 DIP数据库是专门存储蛋白质相互作用信息的数据库。该数据库中也包含人工检查的可靠信息和自动计算方法所获取的高通量数据。 3.MIPS数据库 MIPS数据库是一个跨物种的综合性数据库，包含多种数据库信息。其中的CYGD数据库提供了比较完整酵母蛋白质互作信息。而MIPS哺乳动物数据库MPPI则提供了经过人工检查的哺乳动物蛋白质互作信息。 4.BioGrid数据库 BioGrid数据库是一个包含多物种蛋白质互作信息的数据库。数据库中包含来自多个物种的互作信息，其中即包括物理互作信息也包括遗传互作信息。 第三

6、期生物信息学培训班2012年8月 中国 哈尔滨主要记录蛋白质互作在内的生物分子间的相互作用信息，并将其中的信息分为经过人工检查的可信信息和高通量数据信息2. BIND数据库 2. DIP数据库 DIP数据库是专门存储蛋白质相互作用信息四、代谢网络和信号转导网络代谢通路 是指细胞中代谢物在酶的作用下转化为新的代谢物过程中所发生的一系列生物化学反应。信号转导 是指细胞将一种类型的生物信号或刺激转换为其它生物信号最终激活细胞反应的过程。第三期生物信息学培训班2012年8月 中国 哈尔滨四、代谢网络和信号转导网络代谢通路 是指细胞中代谢物在酶的作医学数据挖掘网络分析讲解培训课件Signal trans

7、duction networkNode: proteins, signal molecules,Edge: interaction relationships, Signal transduction networkNod医学数据挖掘网络分析讲解培训课件Metabolic networkMetabolic network医学数据挖掘网络分析讲解培训课件网络生物学-通过分析各种生物分子网络的拓扑和动态特性来研究细胞的内部组织形式、进化和功能等网络生物学-通过分析各种生物分子网络的拓扑和动态特性来研究生物分子网络概述生物分子网络分析网络的拓扑属性无标度网络功能模块分析生物分子网络的重构和应用生物分

8、子网络概述一、网络的拓扑属性 连通度（degree）节点v的连通度是指网络中直接与v相连的边的数目。对于有向网络往往还要区分边的方向，由节点v发出的边的数目称为节点v的出度，指向节点v的边数则称为节点v的入度。 节点A的连通度为3 节点A的入度为1，出度为2 一、网络的拓扑属性 连通度（degree）节点A的连通度为3 连通度的应用Barabsi et al 连通度的应用Barabsi et alHub nodesHub nodes(二) 聚类系数（clustering coefficient ）无向网络中 有向网络中 第三期生物信息学培训班2012年8月 中国 哈尔滨(二) 聚类系数（clu

9、stering coefficien医学数据挖掘网络分析讲解培训课件疾病基因与药物靶点距离疾病基因与药物靶点距离医学数据挖掘网络分析讲解培训课件医学数据挖掘网络分析讲解培训课件医学数据挖掘网络分析讲解培训课件医学数据挖掘网络分析讲解培训课件案例：利用cytoscape软件分析癌症基因网络的拓扑属性获得癌症基因互作网络 将网络导入到cytocape网络可视化分析软件中选择plugins-Network analysis-analyze networkCytoscape： 案例：利用cytoscape软件分析癌症基因网络的拓扑属性获医学数据挖掘网络分析讲解培训课件医学数据挖掘网络分析讲解培训课件网

10、络的拓扑分析：选择analyze Network计算节点的度：选择calculateNodeDegree网络的拓扑分析：计算节点的度：医学数据挖掘网络分析讲解培训课件二、无标度网络无标度网络定义是指网络中连通度的分布符合幂率分布，即P(k)k-r的网络 A为随机网络，其连通度分布符合泊松分布，在大尺度情况下近似服从正态分布。B为无标度网络，其连通度分布符合幂率分布，平均聚类系数函数曲线水平C为层次网络，其连通度分布与符合幂率分布，平均聚类系数与连通度的倒数成正比二、无标度网络无标度网络定义是指网络中连通度的分布符合幂率分癌症基因网络的度分布癌症基因网络的度分布无标度网络形成的生物模型无标度网络

11、形成的生物模型三、生物分子网络的模块性 网络中由许多分子相互结合形成的，有着稳定结构和功能的复合体，称为网络“模块”(module)。 网络的模块性指网络间的节点存在着内部彼此高度连接的子节点集合。由此，模块化的网络连通更为紧密。 类似概念：模块（module）：簇（cluster）；社区（community）；子图（subgraph）三、生物分子网络的模块性 网络中由许多分子相互连通组分（connected components）模块 计算图的所有连通组分，即连通子图。每个连通组分形成一个模块。该网络有两个连通组分！第三期生物信息学培训班2012年8月 中国 哈尔滨连通组分（connecte

12、d components）模块 计完全图模块（Cliques modules） 完全图是每对节点都直接连接的图。在蛋白质网络中的完全图经常对应蛋白质混合物和共同的功能。这种模块也反应了共表达基因的簇。完全图模块（Cliques modules） 完全图是每对节社会网络的K-clique模块社会网络K-clique是所有结点间的最短距离小于等于k的图。算法：设置参数k。计算网络中的所有最大的社会网络K-clique。每个k-clique形成一个模块。3-clique社会网络的K-clique模块社会网络K-clique是所有案例：癌症基因互作网络的功能模块分析获得癌症基因互作网络 将网络导入到cytocape网络可视化分析软件中选择plugins-cluster-community cluster (Glay)点击Create cluster按钮，将得到结果点击vivualize cluster按钮，显示结果。案