[发明专利]一种双层基因调控网络的构建方法

说明书

本发明属于数据处理技术领域，公开了一种双层基因调控网络的构建方法，包括分析网络中重要调控因子miRNA的表达数据；利用统计检验方法选出与多种癌症相关的miRNA；度量miRNA之间的皮尔森相关性；根据相关性和可调控癌症的数量对miRNA进行排序，筛选出强相关的miRNA，获取其靶基因以及靶基因之间的相互作用关系。本发明揭示了基因和miRNA参与调控癌症等疾病生物过程的机理特征，有助于了解基因与癌症等复杂疾病的关系，并为针对泛癌症的生物药物研制及靶向治疗提供借鉴。识别与癌症相关的miRNA和基因，可用于阐释参与调控多种癌症过程的重要作用因子的合作机制、癌症的风险预测以及生物靶向药物研制。

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，尤其涉及一种双层基因调控网络的构建方法。

背景技术

生物网络是近几年系统生物学和计算信息学的研究热点和难点之一，它是在系统层次研究并描述生物分子的功能及相互关系的一种综合网络模型，而基因的正常表达在生物系统中有着至关重要的作用。因此，从本质上看，由多种生物分子及其相互之间的调控作用构成的生命体结构可被简化为一个基因网络。基因网络是由一组基因及它们之间相互作用所构成的一种复杂生物网络。同一种基因可通过不同类型的互作与不同的基因构成不同的网络模型，如蛋白质互作网络，基因调控网络，遗传网络等。其中基因调控网络是一种描述调控因子对编码基因调控关系的有向生物网络。基因网络研究起始于20世纪60年代，生物学家通过简单的逻辑规则研究基因网络动力学描述了控制原核生物的分子基因系统组织的特点。20世纪90年代各种基因组学数据的累积加深了基因网络理论的研究。基因网络在整体和系统的层面上研究生命系统的结构域功能，强调在分析中对多种数据及其蕴含的信息进行整合。到目前为止研究基因网络的方法有多种，如随机模型、布尔网络、贝叶斯网络模型等。基因调控网络作为基因组信息学研究的核心内容，运用生物信息学方法和计算科学技术对数据进行采集、分析、建模等处理，推断研究复杂的生物网络，已成为系统生物学的研究热点。基因调控网络是描述基因与其他作用因子之间调控关系的一种有向生物网络，是细胞内各种调控因子之间相互作用关系的整体表现。miRNA是一类由内源基因编码、长度约为22个核苷酸的非编码单链RNA分子，它们在动植物中参与转录后基因表达调控。miRNA作为近年来研究发现的一种新型调控因子，已成为基因调控网络的重要组成部分。miRNA通过协同或抑制作用共同调控靶基因并影响生物过程的大量实验证据表明，对miRNA功能及其相互作用的研究已经上升到了系统水平，miRNA表达异常引起其功能发生改变，已成为几乎所有人类癌症的共同特征。，当它在癌症中的表达水平显著下调或缺失，从而释放原癌基因的活性时，被认为有抑癌作用。当miRNA在肿瘤中表达显著上调时，被认为有致癌作用，这类miRNA通过抑制与细胞正常生长和繁殖相关的基因表达、或降低抑癌基因的表达来促进肿瘤生长。随着越来越多的研究表明miRNA与复杂疾病有着密切关联，尤其是肿瘤癌症，这可能使miRNA成为诊断、预防疾病的新型生物学标记，并为更进一步理解复杂疾病的发病机理提供了新的思路。以往多是针对于单一的癌症类型。目前科学家们在越来越多的实验中发现了癌症共有的分子结构，包括在所有肿瘤类型中存在的相似基因变异。比如，TCGA在2012年对乳腺癌的研究分析中发现乳腺癌的一种亚型和卵巢癌有明显的相似之处，即基底细胞样型乳腺癌和浆液型卵巢癌的基因变异特征相同，意味着这两种癌症具有相同的分子起源。miRNA及其靶基因们可以构建许多复杂网络，不同的miRNA可能调控共同的靶基因去控制不同的生物过程，比如在癌症的发生机制中，多种miRNA可共调控致癌基因通路。由于miRNA合作调控研究难度较大，且由于测序技术的限制，以前miRNA相关数据库中资源的数量和种类有限，因此以往极少有对于多种癌症中存在的miRNA合作调控现象的研究。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前大多数研究是针对一种癌症类中单一miRNA或单一基因进行，极少有对于多种癌症中存在的miRNA或基因合作调控现象开展研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双层基因调控网络的构建方法。