基于异质数据的microRNA与疾病关联预测研究

论文摘要

microRNA（miRNA）是非编码RNA大家族中的一员,可以调控基因表达,这也就意味着它会影响细胞水平上的多种生物学过程,进而影响组织、器官、系统乃至生命体。所以,与miRNA相关的功能性障碍与包括癌症在内的众多人类疾病有着密切的联系。我们希望能较快地发现并了解更多的miRNA与人类疾病的关联,再通过miRNA检测从而帮助治疗疾病乃至于疾病预防。由于传统的“湿实验”耗时耗力,且在一定程度上缺乏方向性,所以利用已有相关数据去预测可能的miRNA-疾病关联,可以为下一步的“湿实验”提供有益的帮助。在前人相关工作的基础上,本文提出一种基于多网络的miRNA与疾病关系标签传播预测模型（Heterogeneous Label Propagation for MiRNA-Disease Association prediction,HLPMDA）。首先,收集整理有关miRNA、疾病和长非编码RNA的异质数据;其次,以已知人类miRNA-疾病相互关联、长链非编码RNA-疾病关联、长链非编码RNA-miRNA相互作用、miRNA功能相似性以及疾病语义相似性数据为基础,分别建立miRNA-疾病关联网络、长链非编码RNA-疾病关联网络、miRNA-长链非编码RNA相互作用网络、miRNA相似性网络和疾病相似性网络,并将这五个网络整合为异质网络;然后,基于此异质网络,分别由投影得到的miRNA和疾病拓扑相似性矩阵来更新miRNA相似性矩阵和疾病相似性矩阵;最后,利用标签传播算法,在异质网络上进行标签传播并预测潜在的miRNA-疾病关联。从实验结果部分而言,HLPMDA在全局和局部留一交叉验证中达到可靠的预测性能（AUC值分别为0.9232和0.8437）。而且,在五折交叉验证中,AUC值和标准差为0.9218和0.0004。此外,还对3种重要的人类疾病进行案例分析。基于以往的实验及文献报告,这些疾病预测的前50个结果被逐一验证。结果,94%,98%和92%的食管肿瘤,乳腺肿瘤和淋巴瘤的前50个预测结果被成功证实。本文还将HLPMDA与其他以往的预测模型进行了一系列的结果对比。综合来看,HLPMDA的预测性能全面超越了PBMDA、MCMDA、Max-Flow、HGIMDA、RLSMDA、HDMP、WBSMDA、MirAI、MIDP和RWRMDA等十种主流且经典的miRNA与疾病关系预测模型。以HLPMDA为基础,进一步开发了用于预测miRNA与疾病关联的网站,在一定程度上提高了本文成果使用的便利性。

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致谢

摘要

abstract

变量注释表

1 绪论

1.1 本课题研究背景与意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 本文的研究内容

1.4 本文结构

2 miRNA及其功能相似性

2.1 miRNA简介

2.2 miRNA功能相似性

2.3 长链非编码RNA及其与miRNA的相互作用

2.4 本章小结

3 疾病及其相似性

3.1 有向无环图

3.2 疾病语义相似性

3.3 本章小结

4 数据集与数据预处理

4.1 人类miRNA与疾病关联

4.2 长链非编码RNA与疾病关联

4.3 长链非编码RNA-miRNA相互作用

4.4 miRNA功能相似性

4.5 高斯相互作用谱核相似性

4.6 疾病和miRNA相似性的结合

4.7 本章小结

5 预测模型

5.1 投影

5.2 标签传播

5.3 迭代的收敛与极限

5.4 网络在线服务

5.5 本章小结

6 模型评估

6.1 交叉验证评估

6.2 案例评估

6.3 本章小结

7 讨论

7.1 总体讨论

7.2 与随机游走算法的比较

7.3 本章小结

8 结论

8.1 本文工作总结

8.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张德宏

导师: 陈兴

关键词: 疾病,疾病关联,异质网络,标签传播

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,生物医学工程

单位: 中国矿业大学

分类号: Q811.4

总页数: 70

文件大小: 2412K

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