生物信息學(xué)生物網(wǎng)絡(luò)介紹-SW-20130310

1、生物網(wǎng)絡(luò)介紹宋偉http:/http:/目錄分類(lèi)方法分析一、二、三、分類(lèi)芯片數(shù)據(jù)二代測(cè)序數(shù)據(jù)差異表達(dá)基因GOpathway生物網(wǎng)絡(luò)PPI網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)miRNA靶基因網(wǎng)絡(luò)小分子數(shù)據(jù)1. 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)(PPI)原理：?jiǎn)蝹€(gè)的蛋白質(zhì)往往不會(huì)獨(dú)自發(fā)揮作用，它們可能通過(guò)與別的對(duì)象互作，共同作用下才能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。方法：STRING：一個(gè)PPI web-service，可以通過(guò)輸入目的基因名稱(chēng)，得到蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)庫(kù)收集：收集人類(lèi)的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，我們從mint，hprd，grid這3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中整理蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)。利用perl將含有目的基因名稱(chēng)的關(guān)系對(duì)找出，然后cytosc

2、ape作圖。結(jié)果：得到PPI網(wǎng)絡(luò)圖 得到HUB蛋白互作網(wǎng)絡(luò)模塊GO、pathway功能富集分析1. 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)(PPI)String: Known and Predicted Protein-Protein Interactions/CYTOSCAPEPpi網(wǎng)絡(luò)圖 Hub蛋白的篩選：從已經(jīng)得到的生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)可知, 絕大部分生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)都服從scale-free （無(wú)尺度）網(wǎng)絡(luò)的屬性, 即網(wǎng)絡(luò)中的少數(shù)節(jié)點(diǎn)具有大量的連接, 大部分節(jié)點(diǎn)都只有很少的連接, 這些少數(shù)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)( hub)。 對(duì)得到的相互作用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析 ，利用互作蛋白網(wǎng)絡(luò)的無(wú)尺度性質(zhì)，找到網(wǎng)絡(luò)中的中心蛋白質(zhì)（

3、hub蛋白）Ppi網(wǎng)絡(luò)圖PPI網(wǎng)絡(luò)模塊分析方法：String工具；Cytoscape 插件ClusterONE。2. Gene Ontology analysisGO富集分析GO(gene ontology)是基因及基因產(chǎn)物的功能分類(lèi)體系，它從三個(gè)方面：生物過(guò)程 (Biological Process)、分子功能(Molecular Function)、細(xì)胞組分(Cellular Component)來(lái)描述基因、基因產(chǎn)物的特性。常用的對(duì)基因進(jìn)行GO分析的軟件、工具如下：DAVIDGene2goWebgestaltGeneInfoVizGeneCodisFuncAssociateBiNGOGOE

4、AST選擇分析工具輸入差異表達(dá)基因選擇參數(shù)閥值物種Pvalue0.05輸出GO功能分析結(jié)果GO分析結(jié)果展示重點(diǎn)介紹富集基因個(gè)數(shù)最多的前幾個(gè)GO，通過(guò)引用已實(shí)驗(yàn)證明了的該GO term與疾病有關(guān)（參考文獻(xiàn)），闡述疾病的發(fā)病機(jī)理GO分析結(jié)果展示CategoryTermdescriptionCountPValueGOTERM_BPGO:0008219cell death40.001981GOTERM_BPGO:0016265death40.002118GOTERM_CCGO:0005856cytoskeleton50.002456GOTERM_CCGO:0044430cytoskeletal par

5、t40.00865GOTERM_BPGO:0007010cytoskeleton organization30.017652GOTERM_BPGO:0006915apoptosis30.022067GOTERM_BPGO:0012501programmed cell death30.022955GOTERM_CCGO:0043232intracellular non-membrane-bounded organelle50.029423GOTERM_CCGO:0043228non-membrane-bounded organelle50.029423選擇閥值：P value 2。3. Path

6、way analysisPathway是值生物代謝通路，我們最常用的pathway數(shù)據(jù)都為KEGG pathway數(shù)據(jù)。常用的基因pathway富集分析工具有DAVIDOnto-Tool: Pathway-ExpressWebgestaltKEGG數(shù)據(jù)庫(kù)選擇閥值Pathway分析結(jié)果展示pathway分析結(jié)果展示Pathway分析結(jié)果展示4. 轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析原理：一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)控多個(gè)靶基因，一個(gè)靶基因可以被多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子所調(diào)控，故此形成網(wǎng)絡(luò)。方法：人類(lèi)：在TRANSFAC 數(shù)據(jù)庫(kù)和TRED數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得調(diào)控關(guān)系原始數(shù)據(jù)，計(jì)算在兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中都出現(xiàn)的調(diào)控關(guān)系對(duì)。擬南芥：AGRIS數(shù)據(jù)庫(kù)。結(jié)果：調(diào)

7、控網(wǎng)絡(luò)調(diào)控模塊GO、pathway功能富集分析轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖模塊以及調(diào)控它們的轉(zhuǎn)錄因子。黃色的代表轉(zhuǎn)錄因子，綠色的代表靶基因預(yù)測(cè)工具miRBaseTargetScanmirTarget2TarBasePicTarmiRandamiRecordsDIANA MicroTest5. miRNA與靶基因調(diào)控關(guān)系工具選擇在預(yù)測(cè)時(shí)可以選擇6個(gè)或者8個(gè)miRNA預(yù)測(cè)工具輸入miRNAgene輸出miRNA與靶基因關(guān)系對(duì)篩選同時(shí)存在于3個(gè)或4個(gè)預(yù)測(cè)結(jié)果的關(guān)系對(duì)miR familydifferential expressed targetsmiR-590-3pODZ2 RIMS1 FGF7 ZNF407 SM

8、OC2 MYOM3 DACT1 NDST3 SGIP1 INA TGFA IGF1 TRIB2 VCAM1 ANK3 LHX9 TSPAN2miR-1821SLC43A2 MEF2D SAMD12 UNC13A EPHA3 SOX6 ADCY2 EFNB2 GDF6 SORT1 NDST3 LDB3 ABCD1 ANK3 COL4A4miR-340-5pPCSK6 F3 TMEM35 HIPK3 HS3ST3B1 C18orf1 SAMD12 IGF1 TBX5 HERC3 NOG EPHA3 FAM84B PDE4B TMEM132D KRT6A TMEM201 POSTN SORT1 ML

9、L2 LDB3 HAPLN1 SGIP1 FGF7 EFNB2miR-124C18orf1 NXN GRIN3A FURIN SLITRK2 DACT1 PEG3 ACHE RYR2 PCSK6 PDE4B TSPAN15 CDH2 ABCD1 COL4A1 KANK4 PMEPA1 PABPC4L EPHA3 SAMD12 FAM135B PCDH9 HIPK3miR-30HERC3 MEF2D FOXD1 C3orf64 DACT1 MLL2 PLCB4 MXRA5 SATB2 IGF1 TSPAN2 SLC7A10 DAGLA FRZB PITX1 RIMS1 ADRA2AmiR-20a

10、b/20b-5pGLDN FRZB SCRT2 FURIN SLITRK2 LYPD6 MAPRE3 GABBR2 SAMD12 SMOC2 TRIM3 RHO F3 COL4A1 SIPA1L3 EFNB2 MINK1miR-19abMINK1 EFNB2 POSTN PMEPA1 FZD6 MEF2D THBS1 HIPK3 PITX1 SMOC2 SLC24A3 IGF1 C3orf64 ALPK2 SOX6 UNC13A ZPLD1 F3 FURINmiRNA與靶基因調(diào)控關(guān)系miRNA結(jié)果分析 結(jié)果中的十個(gè)miRNA，有6個(gè)已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其與某疾病相關(guān)（參考文獻(xiàn)）。而對(duì)miRNA中剩余

11、的4個(gè)未被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的miRNA，我們利用DAVID軟件對(duì)其調(diào)控的差異表達(dá)靶基因分別進(jìn)行GO功能富集分析來(lái)考量它們與疾病的相關(guān)性。 miR-590的差異表達(dá)靶基因主要富集在細(xì)胞增殖、分化、創(chuàng)傷治愈、組織再生等。miR-340的差異表達(dá)靶基因主要富集在凋亡、細(xì)胞程序性死亡、細(xì)胞增殖、骨骼系統(tǒng)發(fā)育等。miR-182的差異表達(dá)靶基因主要富集在骨系統(tǒng)發(fā)育、骨發(fā)育、軟骨發(fā)育、骨形成等。miR-30的差異表達(dá)靶基因主要富集在骨發(fā)育、細(xì)胞移動(dòng)、肌肉器官發(fā)育、肌細(xì)胞分化等。 從富集結(jié)果可以看出，雖然這4個(gè)miRNA還未報(bào)道和骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)，但其所靶向的基因都是和骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的，所以這幾個(gè)miRNA均非?？赡苁侵匾恼{(diào)節(jié)因子6 常用軟件工具介紹Cytoscape是一款圖形化顯示網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行分析和編輯的軟件，它支持多種網(wǎng)絡(luò)描述格式，也可以用以Tab制表符分隔的文本文檔或Microsoft Excel文件作為輸入，或者利用軟件本身的編輯器模塊直接構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。它還包括許多常用的插件，例如ClusterONE，BiNGO等等，可以直接根據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，得到目的結(jié)果。PerlPerl 是一種能完成任務(wù)的語(yǔ)言，它可以很容易操作數(shù)字，文本，文件和目錄，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，特別是程