基于電路理論的腫瘤基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究.pdf

1、隨著“人類基因組計(jì)劃”提出以后,人們完成對(duì)多基因組(呈現(xiàn)基因組序列的多態(tài)性)測(cè)序計(jì)劃之后,又開(kāi)始轉(zhuǎn)向?qū)@些基因和他們相互關(guān)系的功能理解的研究。在最近幾年人們采用微陣列技術(shù)找到基因在不同狀態(tài)下的表達(dá)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(guān)系,知道生物體中哪些基因被表達(dá)、在哪里被表達(dá)、什么時(shí)候表達(dá),以及表達(dá)的程度如何等,這樣我們就需要建立基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(gene regulatory networks)。基

2、因表達(dá)調(diào)控是通過(guò)基因調(diào)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的,而該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又由DNA、RNA、蛋白質(zhì)以及小分子之間的相互關(guān)系網(wǎng)絡(luò)決定的。我們所感興趣的大多基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)都含有多個(gè)成分,這些成分都是由正的或負(fù)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(guò)采用一些方法和計(jì)算機(jī)工具來(lái)模擬和推測(cè)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。從表達(dá)譜數(shù)據(jù)出發(fā),可以建立基因或蛋白質(zhì)相互作用的網(wǎng)絡(luò)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(gòu)建和模擬的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)更有應(yīng)用價(jià)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(diào)控網(wǎng)絡(luò)的方法。 本文回顧了已經(jīng)在生物學(xué)中采用的用于描述基因調(diào)控系統(tǒng)的一些方法。如有向圖、線性微分方程模型、加權(quán)矩陣模型、貝葉斯模型、布爾網(wǎng)絡(luò)以及互信息關(guān)聯(lián)模型等。并且介紹這些模型各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 第二,由互信息理論和布爾網(wǎng)絡(luò)共同建立基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)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(luò)共同建立基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型,并且通過(guò)舉例說(shuō)明該方法,用此方法相應(yīng)地可推導(dǎo)出多個(gè)基因決定某個(gè)或多個(gè)基因的表達(dá)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(luò),再對(duì)得到的基因邏輯電路網(wǎng)絡(luò),依據(jù)分析邏輯電路網(wǎng)絡(luò)的方法建立基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換,從而分析基因間的調(diào)控關(guān)系。 第三,利用基因數(shù)據(jù)噪音建立基因調(diào)控布爾網(wǎng)絡(luò)。 本文采用另一種在利用互信息理論研究布爾網(wǎng)絡(luò)時(shí),用離散函數(shù)學(xué)習(xí)(Discrete Functio

5、n Learning,DFL)算法進(jìn)行搜索,建立布爾網(wǎng)絡(luò)模型,可以使運(yùn)算量得到相應(yīng)減少。重點(diǎn)說(shuō)明了用DFL算法建立搜索時(shí),如果出現(xiàn)噪音,依據(jù)基因或蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的噪音構(gòu)建含有噪音的卡諾圖(Karnaugh maps),在卡諾圖中找到基因或蛋白質(zhì)間的布爾邏輯關(guān)系,然后由得到的邏輯關(guān)系建立布爾網(wǎng)絡(luò)模型。并在文中給出依據(jù)表達(dá)譜數(shù)據(jù)噪音建立基因或蛋白質(zhì)調(diào)控布爾網(wǎng)絡(luò)的例子。 第四,設(shè)想建立腫瘤基因網(wǎng)絡(luò)。 本文在最后介紹將此方法用