基于人和小鼠的表型网络模块挖掘与对应预测人类疾病未知的致病基因

论文摘要

小鼠和其他哺乳动物经常被用作模式生物来研究各种人类疾病的潜在分子机制。将人类疾病表型与小鼠表型进行对应来研究人类疾病分子机制是一种有效的手段,因此人类疾病表型到小鼠表型的对应在疾病机制研究中起着重要作用。目前,人类表型与小鼠表型之间的对应通常基于两种方法,一是根据HPO(人类表型本体)和MPO(哺乳动物表型本体)的表型语义相似性与本体结构相似性结合打分来评价对应表型的相似性,二是基于人与小鼠同源基因来进行人与小鼠的同源表型对应。然而,考虑到小鼠表型和人类疾病表型的不同描述模式及基因的多效性,这两种方法都存在很大的局限性。在此,文章提出了一种基于表型基因网络模块挖掘匹配的算法,结合表型模块中潜在的分子互作机制,在13537个人类表型和8810个哺乳动物表型的基础上构建了7805个人类表型模块和5447个哺乳动物表型模块,然后基于多层网络模块之间同源基因的关系匹配得到3223个人类与小鼠的同源表型模块。并利用人表型模块与小鼠表型模块之间的匹配结果,建立了一个预测疾病新基因的模型来预测人类疾病未知的致病基因。并采用统计学检验和生物学分析等方法对预测结果进行了可靠性验证和病理学讨论,从而为人类疾病表型的潜在分子机制研究提供了重要的方法和资源。

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摘要

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第1章绪论

1.1 研究目的

1.2 研究背景

1.2.1 基于同源基因的人与小鼠的同源表型对应

1.2.2 基于表型本体结构相似性与词条语义相似性的表型对应

1.2.3 多层网络图方法在表型-基因网络图中的应用

1.2.4 基于表型网络潜在的分子相互作用挖掘表型模块与致病基因预测

1.3 相关数据库介绍

1.3.1 人类表型本体

1.3.2 MGI数据库

1.3.3 WikiPathway

1.3.4 同源基因数据库

1.3.5 蛋白质互作数据库

1.3.6 OMIM数据库

1.3.7 MeSH词表

1.4 研究思路

1.5 本章小结

第2章材料方法

2.1 人类表型与小鼠表型基于本体结构与语义相似性的匹配

2.1.1 数据基础

2.1.2 基于MeSH词表的语义相似性与结构打分进行词条匹配

2.2 人和小鼠表型基因网络的建立

2.2.1 网络图算法

2.2.2 人和小鼠表型基因网络的建立

2.3 人和小鼠表型基因网络的表型模块挖掘

2.3.1 DBSCAN密度聚类算法介绍

2.3.2 基于改进的DBSCAN密度聚类算法进行模块挖掘

2.4 根据同源基因对人和小鼠的表型模块进行对应

2.4.1 多层网络图算法

2.4.2 基于多层网络和同源基因对人和小鼠的表型模块进行对应

2.5 根据表型对应结果预测致病基因

2.5.1 信息熵及表型信息熵

2.5.2 根据小鼠的表型模块相关的基因发现人的对应表型及其关联疾病的致病基因

2.6 本章小结

第3章结果讨论

3.1 人和小鼠的表型模块挖掘结果分析

3.2 基于同源基因对人和小鼠的表型对应结果分析

3.3 根据人与小鼠的表型模块对应结果进行人类疾病表型的致病基因预测

3.3.1 基于人与小鼠的关联表型来研究致病基因

3.3.2 对预测的基因进行差异表达分析

3.3.3 预测基因pathway与生物功能研究

3.3.4 基于文献挖掘的预测基因的同源基因在小鼠的表型分析

3.3.5 基于PPI网络对致病基因的预测分析

3.3.6 预测基因在人体组织的特异性表达分析

3.4 本章小结

第4章总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

第5章参考文献

第6章附录

附录一部分HP模块、MP模块

附录二部分HP模块-MP模块对应结果

附录三部分疾病及预测致病基因

第7章作者简历及科研成果

第8章后记

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 梁云翔

导师: 石铁流

关键词: 人与小鼠表型对应,表型网络模块挖掘,同源表型对应,致病基因预测

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,基础医学

单位: 华东师范大学

分类号: R346;Q811.4

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