医学数据挖掘网络分析讲解培训课件.ppt

1、文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。l生物分子网络概述生物分子网络概述l生物分子网络分析生物分子网络分析l生物分子网络的重构和应用生物分子网络的重构和应用文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。引言引言 网络是复杂系统网络是复杂系统 存在的普遍形式存在的普遍形式铁路交通网铁路交通网社会关系网社会关系网文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。l 生物分子网络生物分子网络是指生命系统中形态与功能上是指生命系统中形态与功能上特化的细胞集团之间特化的细胞集团之间，以及各种生物大分子，以

2、及各种生物大分子在组合上相互关联在组合上相互关联的结构形式。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图作为基本工具用来强调相互作用并直观表示复杂的复杂的 节点代表生物分子，边代表他们之间在生命过节点代表生物分子，边代表他们之间在生命过程中的某种关系程中的某种关系文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。网络的基本概念网络的基本概念网络的定义网络的定义l 以图以图G=(V,E)表示网络，其中：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是网络的节点集合，每

3、个节点代表一个要分析的对象；的对象；E 是边的集合，每条边代表节点之间的相互关系。是边的集合，每条边代表节点之间的相互关系。无向网络无向网络有向网络有向网络文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。第三期生物信息学培训班2012年8月 中国 哈尔滨文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。网络的表示方式网络的表示方式 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

4、1 0 0 0 0 0 0 F 1 0 0 0 0 0 1 G 1 0 0 0 0 1 0 边边 对：对：矩阵：矩阵：文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。网络的表示方式网络的表示方式l 列表式列表式 基因基因1基因基因2 边权重边权重 基因基因1基因基因3 边权重边权重 基因基因n-1 基因基因n 边权重边权重l 矩阵式矩阵式 0-1矩阵矩阵 权重矩阵权重矩阵 01.0110.10.01.0110.10.121121NNNNxxxxxxxx文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿

5、模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。二、基因调控网络二、基因调控网络(一一)基因调控检测技术基因调控检测技术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文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。三、蛋白质互作网络三、蛋白质互作网络文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，

6、请联系网站或本人删除。三、蛋白质互作网络三、蛋白质互作网络(一一)蛋白质互作检测技术蛋白质互作检测技术1.免疫共沉淀技术（免疫共沉淀技术（co-immunoprecipitation）文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2.酵母双杂交（酵母双杂交（yeast two hybrid，Y2H）Node:proteins,Edge:interaction relationships,Un-directed文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。

7、蛋白质互作数据库蛋白质互作数据库1.HPRD数据库数据库 http:/www.hprd.org/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8月 中国 哈尔滨文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。2.DIP数据库数据库 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。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.MI

8、PS数据库数据库 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。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。其中的其中的CYGD数据库提供了比较完整酵母蛋白质互作信息。而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则提供了经过人工检查的哺乳动物蛋白质互作信息。信息。4.BioGrid数据库数据库 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库中包含来自多个物种的

9、互作信息，其中即包括物理互作信息也包括遗传互作信息。括遗传互作信息。第三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数据库数据库 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。四、代谢网络和信号转导网络四、代谢网络和信号转导网络代谢通路代谢通路 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。信号转导信号转导

10、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 哈尔滨文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Signal transduction networkNode:proteins,signal molecules,Edge:interaction relationships,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系

11、网站或本人删除。Metabolic network文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。网络生物学网络生物学-通过分析各种生物分子网络的拓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、进化扑和动态特性来研究细胞的内部组织形式、进化和功能等和功能等文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。l 生物分子网络概述生物分子网络概述l 生物分子网络分析生物分子网络分析 网络的拓扑属性网络的拓扑属性 无标度网络无标度网络 功能模块分析

12、功能模块分析l 生物分子网络的重构和应用生物分子网络的重构和应用文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。一、网络的拓扑属性一、网络的拓扑属性 l 连通度（连通度（degree）节点节点v的连通度是指网络中直接与的连通度是指网络中直接与v相连的边的数目。相连的边的数目。对于有向网络往往还要区分边的方向，由节点对于有向网络往往还要区分边的方向，由节点v发发出的边的数目称为节点出的边的数目称为节点v的的出度出度，指向节点，指向节点v的边数的边数则称为节点则称为节点v的的入度入度。节点节点A的连通度为的连通度为3 节点节点A的入度为的入度为1，出度为，出度为2 文

13、档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。连通度的应用连通度的应用Barabsi et al文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。l Hub nodes文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。(二二)聚类系数（聚类系数（clustering coefficient）CCvnCk22nk(k 1)无向网络中无向网络中 有向网络中有向网络中 CCvnPk2nkout(kout1)CCA213(31)1321)12(21ACC第三期生物信息学培训班2012年8月 中国 哈尔滨文档仅供参考，

14、不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。l 疾病基因与药物靶点距离疾病基因与药物靶点距离文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。案例：利用案例：利用

15、cytoscape软件分析癌软件分析癌症基因网络的拓扑属性症基因网络的拓扑属性l 获得癌症基因互作网络 l 将网络导入到cytocape网络可视化分析软件中l 选择plugins-Network analysis-analyze network 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。网络的拓扑分析：网络的拓扑分析：选择选择analyze Network计算节点的度：计算节点的度：选择选择calcula

16、teNodeDegree文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。二、无标度网络二、无标度网络l 无标度网络定义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为随机网络为随机网络，其连通度分布符，其连通度分布符合泊松分布，在大尺度情况下近合泊松分布，在大尺度情况下近似服从正态分布。似服从正态分布。B为无标度网络为无标度网络，其连通度分布，其连通度分布符合幂率分布，平均聚类系数函符合幂率分布，平均聚类系数函数曲线水平数曲线水平C为层次网络为层次网络，其连

17、通度分布与，其连通度分布与符合幂率分布，平均聚类系数与符合幂率分布，平均聚类系数与连通度的倒数成正比连通度的倒数成正比文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。癌症基因网络的度分布癌症基因网络的度分布文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。无标度网络形成的生物模型无标度网络形成的生物模型文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。三、生物分子网络的模块性三、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，称为网络结

18、构和功能的复合体，称为网络“模块模块”(module)。网络的模块性指网络间的节点存在着网络的模块性指网络间的节点存在着内部彼内部彼此高度连接的子节点集合此高度连接的子节点集合。由此，模块化的网络。由此，模块化的网络连通更为紧密。连通更为紧密。类似概念：模块（类似概念：模块（module）：簇（）：簇（cluster）；社区）；社区（community）；子图（）；子图（subgraph）文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。连通组分（连通组分（connected components）模块模块 l 计算图的所有连通组分，即连通子图。l 每个连通组分形成

19、一个模块。该网络有两该网络有两个连通组分！个连通组分！第三期生物信息学培训班2012年8月 中国 哈尔滨文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。完全图模块（完全图模块（Cliques modules）l 完全图是每对节点都直接连接的图。l 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。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。社会网络的社会网络的K-clique模块模块l 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：l 设置参数k。l 计算网络中的所有最大

20、的社会网络K-clique。l 每个k-clique形成一个模块。3-clique文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。案例：癌症基因互作网络的功能模案例：癌症基因互作网络的功能模块分析块分析l 获得癌症基因互作网络 l 将网络导入到cytocape网络可视化分析软件中l 选择plugins-cluster-community cluster(Glay)l 点击Create cluster按钮，将得到结果l 点击vivualize cluster按钮，显示结果。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。选择：选择：community cluster(Glay)文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。点击：点击：create clusters点击点击vivualize cluster文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。Modules文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。