组学尺度上人脑脑组织特异性表达网络功能模块识别研究

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人类大脑是已知宇宙中最复杂的结构,它由数十亿的神经元和百万亿的突触连接构成,现有的科学研究已经证实脑部是一个产生意识、思想和情感的器官。人脑由多个组织构成,这些不同部位在一个复杂的网络中相互连接协调人类的一切行为。目前在人脑基因和蛋白质方面的研究成果主要集中于某个基因的突变或蛋白酶对人脑造成的影响,进而导致认知等功能的障碍。而在生物网络保守模块发现方面,很多采用全局网络模块识别算法。本文通过对不同脑组织四个发育阶段:胚胎(出生前)、幼年(1~2岁)、青少年(3~18岁)、成人(18岁以上)对人脑的14个部位的基因蛋白网络进行分析,提出一种局部网络保守模块发现方法挖掘出组织间的保守模块和相同组织不同发育阶段的保守模块。进而试图从分子生物的角度分析人脑功能和人脑发育之间的关系。本文首先利用最短路径构建了强关联的蛋白质网络以及相关性构建了组织特异性基因网络。并利用标准结构熵验证了所构建网络的可靠性。针对保守模块发现问题,我们设计了一种综合网络的GO语义信息和蛋白同源性的模块发现方法,来评估模块之间的保守性。该方案不同于现有的很多全局网络保守模块发现方法,采用的是局部模块保守性识别方法。首先通过模块挖掘算法挖掘出网路中的功能模块再比对模块之间的保守性得分来评判出模块之间的保守程度。对这些发掘出的保守模块按照横向即相同发育阶段不同组织和纵向即相同组织不同发育阶段分别进行对比分析。实验结果表明在同一物种不同发育阶段的保守模块,若其负责是基础功能,则在发育过程中其对应的保守模块功能通常不会变化。而负责非基础功能的模块则体现出与发育阶段相关的特异性。这些具有发育特异性的蛋白质簇可能成为治疗和年龄相关疾病的新靶点。
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