基于拓扑势的关键蛋白质识别方法研究

摘要

关键基因及其产物关键蛋白质是一切生命活动最重要的物质基础。关键蛋白质的识别能帮助我们在理解生命体维持生命活动所需的基本需求、药物设计、探索人类疾病基因等多方面提供重要的研究基础。本文从蛋白质相互作用网络以及蛋白质复合物出发，深入挖掘了蛋白质网络拓扑势特征，设计了有效的关键蛋白质识别方法，主要研究工作及创新点如下:
　　一、提出了一种基于拓扑势的关键蛋白质识别方法，从另一个全新的角度去研究关键蛋白质的拓扑特性，这是首次利用拓扑势在蛋白质相互作用网络下预测关键蛋白质。该方法基本思想是网络中的每一个蛋白质都能被视作一个物理粒子，在它周围存在一个虚拟的作用场，由此网络中所有蛋白质的相互作用联合形成了一个拓扑势场。通过对每一个蛋白质拓扑势的值进行定义和计算，我们能够基于蛋白质相互作用网络获得一个反映蛋白质关键性的精确排序。该实验结果表明基于拓扑势预测蛋白质关键性的方法优于传统的拓扑中心性方法:DC、BC、CC、SC、EC、IC、NC。另外，这些中心性方法通过拓扑势控制能够提高预测蛋白质关键性的性能。
　　二、通过集成复合物信息和蛋白质相互作用网络的拓扑特性提出了新的关键蛋白质识别方法UC。我们分析了关键蛋白质和复合物之间的关系，发现出现在多个复合物中的蛋白质相对于出现在单一复合物中的蛋白质更倾向于是关键的。实验结果表明，引入复合物信息能有效提高关键蛋白质识别方法的精度，我们的方法在蛋白质关键性识别性能上明显优于传统的中心性方法(DC，IC，EC，SC，BC，CC，NC)，即使相比同样利用复合物信息的识别方法HC，仍具有一定优势。
　　进而，当我们利用UC作为拓扑势中蛋白质的固有属性时，其结果TP-UC同样优于那些利用中心性方法作为蛋白质固有属性的拓扑势方法（TP-*）。
　　综上所述，本文提出了两个关键蛋白质识别方法，通过引入多种信息，有效地提高了识别准确度，为关键蛋白质的识别研究提供了新的思路。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 课题的研究意义

1．3 本文的主要研究内容

1．4 论文的组织结构

2 关键蛋白质识别的相关研究

2．1 关键蛋白质数据

2．2 关键蛋白质的特征及其选择

2．2．1 序列特性

2．2．2 拓扑特性

2．2．3 特征选择

2．3 识别关键蛋白质的计算方法

2．3．1 有监督的方法

2．3．2 无监督的方法

2．4 应用

2．5 本章小结

3 一种基于拓扑势识别蛋白质关键性的方法

3．1 引言

3．2 拓扑势定义

3．3 基于拓扑势的识别关键蛋白质实验分析

3．3．1 实验数据

3．3．2 TP、TP-NC同其他方法的比较

3．3．3 mj影响的分析

3．3．4 影响因子的取值分析

3．4 本章小结

4 集成复合物信息的关键蛋白质识别方法研究

4．1 引言

4．2 复合物与关键蛋白质关联分析

4．2．1 实验数据

4．2．2 关联分析

4．3 集成复合物信息的关键蛋白质识别方法

4．3．1 实验方法

4．3．2 实验结果

4．4 UC和拓扑势的比较分析及融合实验

4．4．1 UC与TP的比较分析

4．4．2 TP-UC与TP-*的性能分析

4．5 本章小结

5 结束语

5．1 研究工作总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢