基于電路理論的腫瘤基因表達調控網(wǎng)絡的研究.pdf

1、隨著“人類基因組計劃”提出以后,人們完成對多基因組(呈現(xiàn)基因組序列的多態(tài)性)測序計劃之后,又開始轉向對這些基因和他們相互關系的功能理解的研究。在最近幾年人們采用微陣列技術找到基因在不同狀態(tài)下的表達水平。人們想從分子水平上理解生物體功能,需要知道生物體中的基因相互依賴關系,知道生物體中哪些基因被表達、在哪里被表達、什么時候表達,以及表達的程度如何等,這樣我們就需要建立基因表達調控網(wǎng)絡(gene regulatory networks)?；?/p>

2、因表達調控是通過基因調控系統(tǒng)實現(xiàn)的,而該系統(tǒng)的結構又由DNA、RNA、蛋白質以及小分子之間的相互關系網(wǎng)絡決定的。我們所感興趣的大多基因調控網(wǎng)絡都含有多個成分,這些成分都是由正的或負的反饋回路連接組合而成的,我們很難從直觀上理解他們的行為。因此,我們可以通過采用一些方法和計算機工具來模擬和推測基因調控網(wǎng)絡,構建基因調控網(wǎng)絡關系。從表達譜數(shù)據(jù)出發(fā),可以建立基因或蛋白質相互作用的網(wǎng)絡模型,這種方法也稱反向工程(reverse engineer

3、ing)。然后做一些生物方面的研究工作,使構建和模擬的基因調控網(wǎng)絡更有應用價值。本文主要做了以下幾方面的研究： 第一,回顧已有的描述基因調控網(wǎng)絡的方法。 本文回顧了已經(jīng)在生物學中采用的用于描述基因調控系統(tǒng)的一些方法。如有向圖、線性微分方程模型、加權矩陣模型、貝葉斯模型、布爾網(wǎng)絡以及互信息關聯(lián)模型等。并且介紹這些模型各自的優(yōu)缺點。 第二,由互信息理論和布爾網(wǎng)絡共同建立基因調控網(wǎng)絡模型。 本文首先采用的方法是

4、由互信息理論和布爾網(wǎng)絡共同建立基因調控網(wǎng)絡模型,并且通過舉例說明該方法,用此方法相應地可推導出多個基因決定某個或多個基因的表達值的邏輯規(guī)則,根據(jù)得到的邏輯規(guī)則建立基因電路網(wǎng)絡,再對得到的基因邏輯電路網(wǎng)絡,依據(jù)分析邏輯電路網(wǎng)絡的方法建立基因調控網(wǎng)絡動態(tài)轉換,從而分析基因間的調控關系。 第三,利用基因數(shù)據(jù)噪音建立基因調控布爾網(wǎng)絡。 本文采用另一種在利用互信息理論研究布爾網(wǎng)絡時,用離散函數(shù)學習(Discrete Functio

5、n Learning,DFL)算法進行搜索,建立布爾網(wǎng)絡模型,可以使運算量得到相應減少。重點說明了用DFL算法建立搜索時,如果出現(xiàn)噪音,依據(jù)基因或蛋白質數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的噪音構建含有噪音的卡諾圖(Karnaugh maps),在卡諾圖中找到基因或蛋白質間的布爾邏輯關系,然后由得到的邏輯關系建立布爾網(wǎng)絡模型。并在文中給出依據(jù)表達譜數(shù)據(jù)噪音建立基因或蛋白質調控布爾網(wǎng)絡的例子。 第四,設想建立腫瘤基因網(wǎng)絡。 本文在最后介紹將此方法用