基于生物网络的致病mirna预测及模块识别算法研究

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1、学校代号10532学号B1310H0008分类号TP391密级博士学位论文基于生物网络的致病miRNA预测及模块识别算法研究学位申请人姓名肖球培养单位信息科学与工程学院导师姓名及职称骆嘉伟教授学科专业计算机科学与技术研究方向数据挖掘、生物信息学论文提交日期2017年11月20日学校代号：10532学号：B1310H0008密级：湖南大学博士学位论文基于生物网络的致病miRNA预测及模块识别算法研究学位申请人姓名：肖球导师姓名及职称：骆嘉伟教授培养单位：信息科学与工程学院专业名称：计算机科学与技术论文提交日期：2017年11月20日论文答辩日期：2017年

2、12月06日答辩委员会主席：王志英教授ResearchonPathogenicmiRNAPredictionandModuleIdentificationAlgorithmsBasedonBiologicalNetworksbyXIAOQiuM.S.(HunanUniversity)2013AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinComputerScienceandTechnologyintheGradua

3、teSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLUOJiaweiNovember,2017湖南大学本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研宄成果，本论文不包含任。除了文中特别加以标注引用的内容外何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名日期：知＂年＂月〉日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学

4、校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全镩或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫雄等复ｉｉ手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□６，在年后适用本授权书２、不保密“”（请在以上相应方框内打Ｖ）／）月作者签名：日期：＞＾年）曰观ｆ基于生物网络的致病miRNA预测及模块识别算法研究摘要自然界中许多复杂系统，如生物分子系统、生态系统等，皆可抽象成为复杂网络。近年来，随着生物技术的快速发展和后基因组时代的到来，大量真实的生

5、物数据不断涌现，从系统水平对生物网络展开研究是当前生物信息学领域研究的热点之一，对于揭示生命现象本质以及疾病发病机理等具有重要的促进作用。当前，有关癌症等复杂疾病的研究是生物医学中极具价值和挑战性的课题，而完全基于生物实验来探索疾病发生的本质无疑是一项耗时且成本巨大的工作。因此，如何有效地利用海量组学数据并挖掘有价值的信息来辅助生物学研究，对于进一步理解和认识生命活动的内在规律等具有重要意义。生物分子网络作为一种特殊的复杂网络，它是利用生物组学数据研究各种生物现象的有力工具，基于生物网络的研究有助于系统的认识分子间的相互作用规律，同时也能够清晰地反映特殊

6、状态下（如疾病发生等）各分子的行为特性和协同作用模式。本文以生物网络为主要研究对象，以数据挖掘、机器学习等方法为技术手段，在充分利用当前海量数据资源的基础上，主要针对人类复杂疾病致病miRNA的预测算法以及癌症特异的调控功能模块识别算法进行了研究，具体研究工作概述如下：（1）针对当前许多基于生物网络识别疾病关联miRNA的模型忽视了对不同网络拓扑特征和结构差异性等考虑的问题，通过分析发现，在由miRNA相似性网络、疾病相似性网络和miRNA-疾病已知关联信息构成的异构网络中，绝大部分已知miRNA-疾病关联被环状二分子图（CBG，circularbipa

7、rtitegraph）覆盖，因而基于大部分潜在miRNA-疾病关联也可能被CBG子图所覆盖的假设，提出了一种新的基于二分子图和非平衡随机游走的疾病miRNA预测算法BRWH。该算法首先利用疾病之间的语义关系以及已知miRNA-疾病关联信息等数据，分别对疾病之间的相似性和miRNA之间的相似性进行了评估，从而完成异构网络的构建；随后，根据不同相似性网络拓扑结构存在的差异，采用非平衡随机游走的机制来实现潜在miRNA-疾病关联的预测。实验结果表明，与现有经典算法相比，BRWH算法取得了更优的性能。（2）针对当前疾病相关miRNA的预测算法普遍对已知的miRN

8、A-疾病关联信息过度依赖的问题，提出了一种基于多信息融合的miRNA-疾病关联预