基于目标基因的人类miRNA之间功能相似性计算方法研究

摘要

microRNA(miRNA)是一类重要的内源性非编码小RNA分子，它可以在后转录水平通过绑定目标mRNA的3’非翻译区来调控基因的表达。由于miRNA参与了许多重要的生物过程，所以miRNA与许多重要疾病甚至癌症有关。识别人类miRNA的功能有助于开发出新的疾病诊断与治疗的药物。然而迄今为止，虽然成千上万的miRNA被识别出来，但是大部分miRNA的功能仍然是未知的。高通量技术的发展积累了大量的可利用数据，为研究者们计算人类miRNA之间的功能相似性、预测miRNA的功能提供了可能，针对现有方法的不足，本文基于目标基因提出了两种方法用于计算人类miRNA之间的功能相似性。
　　对于编码基因而言，其功能相似性可以基于它们的序列、表达相似性或者基因本体(Gene Ontology，GO)注释计算，其中基于GO注释的方法往往取得更好的实验效果。随着基因GO注释信息的快速积累，通过目标基因GO注释信息来计算miRNA之间功能相似性的办法是切实可行的。本文基于目标基因的GO注释信息提出了一种人类miRNA之间的功能相似性计算方法—MFS_GO方法，相关对比实验表明，MFS_GO方法的性能在反映人类miRNA之间功能相似性与表达相似性关系方面和miRNA-disease关联方面优于miRFunSim方法。本文进一步将MFS_GO方法应用于乳腺癌，发现MFS_GO方法可以有效地识别新的候选乳腺癌相关miRNA，具有实用性。
　　基因之间的功能关系可以通过相应的基因产物体现出来，而蛋白质相互作用(Protein-Protein Interaction，PPI)网络也反应了基因之间的相互关系，综合考虑这两个方面，本文提出了一种基于网络连通性(Network Connectivity，NC)的计算人类miRNA之间的功能相似性的方法—MFS_NC方法，相关实验表明，MFS_NC方法的性能在反映人类miRNA之间功能相似性与表达相似性关系方面以及miRNA-disease关联方面优于miRFunSim方法和MFS_GO方法并且可以有效识别新的候选乳腺癌相关miRNA。除此之外，MFS_NC方法在识别新的候选乳腺癌相关miRNA方面比MFS_GO方法表现略好。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基因的功能相似性

1．2．2 人类miRNA之间的功能相似性

1．3 本文主要工作

1．4 本文结构安排

第2章 人类miRNA之间功能相似性计算方法概述

2．1 引言

2．2 基于GO的基因功能相似性计算方法

2．3 人类miRNA之间功能相似性计算方法

2．4 小结

第3章 基于基因本体的人类miRNA之间功能相似性计算方法

3．1 引言

3．2 基因的功能相似性

3．3 功能关联强度

3．3．1 单个miRNA的功能关联强度

3．3．2 miRNA对的功能关联强度

3．4 miRNA之间的功能相似性

3．5 MFS_GO方法

3．6 实验结果与分析

3．6．1 实验数据

3．6．2 人类miRNA之间家族与集群的功能相似性

3．6．3 人类miRNA之间功能相似性与表达相似性的关系

3．6．4 miRNA-disease关联

3．6．5 案例分析

3．7 小结

第4章 基于网络连通性的人类miRNA之间功能相似性计算方法

4．1 引言

4．2 重启随机游走(RWR)算法

4．3 MFS_NC方法

4．4 实验结果与分析

4．4．1 实验数据

4．4．2 人类miRNA之间家族与集群的功能相似性

4．4．3 人类miRNA之间功能相似性与表达相似性的关系

4．4．4 miRNA-disease关联

4．4．5 案例分析

4．5 小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间参与的研究项目

致谢