医学数据挖掘网络分析专家讲座

生物网络数据取得与分析徐娟Email：xujuan8475@163.com生物信息教研室分子学馆106办公室医学数据挖掘网络分析第1页生物分子网络概述生物分子网络分析生物分子网络重构和应用医学数据挖掘网络分析第2页引言网络是复杂系统存在普遍形式铁路交通网社会关系网…医学数据挖掘网络分析第3页生物分子网络是指生命系统中形态与功效上特化细胞集团之间，以及各种生物大分子在组合上相互关联结构形式。图作为基本工具用来强调相互作用并直观表示复杂节点代表生物分子，边代表他们之间在生命过程中某种关系医学数据挖掘网络分析第4页医学数据挖掘网络分析第5页网络基本概念网络定义以图G=(V,E)表示网络，其中：V是网络节点集合，每个节点代表一个要分析对象；E是边集合，每条边代表节点之间相互关系。无向网络有向网络医学数据挖掘网络分析第6页加权网络与等权网络二分网络第三期生物信息学培训班年8月中国·哈尔滨医学数据挖掘网络分析第7页网络表示方式AEABADAFAGFGDCBCABCDEFGA0101111B1010000

C0101000

D1010000

E1000000

F1000001

G1000010

边对：矩阵：医学数据挖掘网络分析第8页网络表示方式列表式基因1 基因2 边权重基因1 基因3 边权重……基因n-1 基因n边权重矩阵式0-1矩阵权重矩阵医学数据挖掘网络分析第9页医学数据挖掘网络分析第10页二、基因调控网络(一)基因调控检测技术2.ChIP-chip芯片技术

1.

染色质免疫沉淀技术(chromatinImmunoprecipitation,ChIP)

Node:TFandgenes,Edge:regulationrelationships,Directed医学数据挖掘网络分析第11页医学数据挖掘网络分析第12页三、蛋白质互作网络医学数据挖掘网络分析第13页三、蛋白质互作网络(一)蛋白质互作检测技术1.免疫共沉淀技术（co-immunoprecipitation）

医学数据挖掘网络分析第14页2.酵母双杂交（yeasttwohybrid，Y2H）

Node:proteins,Edge:interactionrelationships,Un-directed医学数据挖掘网络分析第15页医学数据挖掘网络分析第16页蛋白质互作数据库1.HPRD数据库

/数据库。该数据库仅收录人类数据，是一个包含了蛋白注释信息，蛋白转录后修饰以及蛋白互作等各种信息人类综合性数据库。

第三期生物信息学培训班年8月中国·哈尔滨医学数据挖掘网络分析第17页四、代谢网络和信号转导网络代谢通路

是指细胞中代谢物在酶作用下转化为新代谢物过程中所发生一系列生物化学反应。信号转导

是指细胞将一个类型生物信号或刺激转换为其它生物信号最终激活细胞反应过程。第三期生物信息学培训班年8月中国·哈尔滨医学数据挖掘网络分析第18页医学数据挖掘网络分析第19页SignaltransductionnetworkNode:proteins,signalmolecules,Edge:interactionrelationships,医学数据挖掘网络分析第20页医学数据挖掘网络分析第21页Metabolicnetwork医学数据挖掘网络分析第22页医学数据挖掘网络分析第23页网络生物学--经过分析各种生物分子网络拓扑和动态特征来研究细胞内部组织形式、进化和功效等医学数据挖掘网络分析第24页生物分子网络概述生物分子网络分析网络拓扑属性无标度网络功效模块分析生物分子网络重构和应用医学数据挖掘网络分析第25页一、网络拓扑属性连通度（degree）节点v连通度是指网络中直接与v相连边数目。对于有向网络往往还要区分边方向，由节点v发出边数目称为节点v出度，指向节点v边数则称为节点v入度。节点A连通度为3

节点A入度为1，出度为2

医学数据挖掘网络分析第26页连通度应用Barabásietal医学数据挖掘网络分析第27页Hubnodes医学数据挖掘网络分析第28页(二)聚类系数（clusteringcoefficient）无向网络中

有向网络中

第三期生物信息学培训班年8月中国·哈尔滨医学数据挖掘网络分析第29页医学数据挖掘网络分析第30页疾病基因与药品靶点距离医学数据挖掘网络分析第31页医学数据挖掘网络分析第32页医学数据挖掘网络分析第33页医学数据挖掘网络分析第34页医学数据挖掘网络分析第35页案例：利用cytoscape软件分析癌症基因网络拓扑属性取得癌症基因互作网络将网络导入到cytocape网络可视化分析软件中选择plugins->Networkanalysis->analyzenetworkCytoscape：

医学数据挖掘网络分析第36页医学数据挖掘网络分析第37页医学数据挖掘网络分析第38页网络拓扑分析：选择analyzeNetwork计算节点度：选择calculateNodeDegree医学数据挖掘网络分析第39页医学数据挖掘网络分析第40页二、无标度网络无标度网络定义是指网络中连通度分布符合幂率分布，即P(k)~k-r网络

A为随机网络，其连通度分布符合泊松分布，在大尺度情况下近似服从正态分布。B为无标度网络，其连通度分布符合幂率分布，平均聚类系数函数曲线水平C为层次网络，其连通度分布与符合幂率分布，平均聚类系数与连通度倒数成正比医学数据挖掘网络分析第41页癌症基因网络度分布医学数据挖掘网络分析第42页无标度网络形成生物模型医学数据挖掘网络分析第43页三、生物分子网络模块性网络中由许多分子相互结合形成，有着稳定结构和功效复合体，称为网络“模块”(module)。网络模块性指网络间节点存在着内部彼此高度连接子节点集合。由此，模块化网络连通更为紧密。类似概念：模块（module）：簇（cluster）；小区（community）；子图（subgraph）医学数据挖掘网络分析第44页连通组分（connectedcomponents）模块计算图全部连通组分，即连通子图。每个连通组分形成一个模块。该网络有两个连通组分！第三期生物信息学培训班年8月中国·哈尔滨医学数据挖掘网络分析第45页完全图模块（Cliquesmodules）完全图是每对节点都直接连接图。在蛋白质网络中完全图经常对应蛋白质混合物和共同功效。这种模块也反应了共表示基因簇。医学数据挖掘网络分析第46页社会网络K-clique模块社会网络K-clique是全部结点间最短距离小于等于k图。算法：设置参数k。计算网络中全部最大社会网络K-clique。每个k-clique形成一个模块。3-clique医学数据挖掘网络分析第47页案例：癌症基因互作网络功效模块分析取得癌症基因互作网络将网络导入到cytocape网络可视化分析软件中选择plugins->cluster->communitycluster(Glay)点击Createcluster按钮，将得到结果点击vivualizecl