网络缩减:科学信号
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网络、系统生物学和数据分析

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网络缩减:科学信号
网络缩减:科学信号

在我的研究中,我似乎总是处于拥有太多数据或没有足够数据来解决我所问问题的极端情况。 即使在实验设计中,似乎也存在类似的二分法:当您在实验中实际上只能使用八个显微镜载玻片制剂时如何找到答案,或者如何从千兆碱基的 DNA 序列(您自己的或数据库中)中找到答案,或者数千个微阵列点或数百个基因型。

对基因信号网络的动力学和响应进行建模需要分析大量的多重复杂相互作用。 许多网络的某些部分是冗余的,并且在大多数生物系统中可以在多个点实现控制或反馈。 我们的论文 在一个合作项目中 Kwang-Hyun Cho 的实验室 和来自韩国大田的同事展示了如何将大型和复杂的信号网络减少到更小的内核,从而保留原始网络的动态特性。 这些网络内核适用于计算机模拟、操纵和扰动,例如检查对稳定性和鲁棒性的大规模影响。 它们还可以用作正在研究的详细(非简化)网络的框架,将其置于系统中所有交互和信号的更广泛背景中。 尽管减少的节点或顶点和边不一定对应于原始网络中的任何特征,但我们有兴趣

网络缩减的简单例子
网络缩减的简单例子

发现与原始网络有明显关系的节点 - 那些没有进行高度减少的节点 - 通常与显示出高度进化保守性并进行核心和较少冗余细胞过程的基因有关。

我们的网络缩减论文被选为 Science Signaling 的封面插图,也是 编辑总结: “降低复杂性 控制细胞行为的生化调控网络庞大而复杂的性质对细胞信号传导的系统分析提出了重大挑战。 然而,大多数降低网络复杂性的过程都无法重现原始网络的动态特性。 金等人。 描述一种保留网络动态的网络缩减和简化的算法方法。 他们将他们的方法应用于从细菌到人类的多个物种网络,产生了称为“内核”的简化网络。 对内核节点所代表的基因的检查提供了对这些核心网络基因进化的洞察力。 此外,内核节点所代表的基因富含与疾病相关的基因和药物靶标,这表明这种类型的分析可能对治疗有益。”

这是我写的第一篇博客,主要是关于我自己的一篇论文; 尽管主要不是使用植物示例,但我认为对植物基因网络建模的影响是巨大的。 我现在期待着尝试这种方法来分析植物中的一些抗病途径:也许内核将有助于理解这些途径的冗余和快速进化的性质和要求。 我希望将来在 AoBBlog.com 上更多地展示来自互补领域的对植物科学有重大影响的其他论文。

引文: Kim JR、Kim J、Kwon YK、Lee HY、Heslop-Harrison P、Cho KH。 2011. 将复杂的信号网络简化为具有代表性的内核。 科学信号 4,ra35。 起租日期: http://dx.doi.org/10.1126/scisignal.2001390

摘要:细胞内发生的生物分子相互作用网络庞大而复杂。 当分析这样的网络时,将网络的复杂性降低到一个“内核”是有帮助的,该内核为所考虑的输出维护基本的调节功能。 我们开发了一种算法来识别这样的内核,并表明由此产生的内核保留了网络动态。 使用从 KEGG(京都基因和基因组百科全书)数据库中检索到的所有人类信号通路的集成网络,我们确定了该网络的内核并将内核的属性与原始网络的属性进行了比较。 我们发现必需基因占内核外节点编码基因的百分比约为 10%,而内核内约 32% 的编码节点基因是必需的。 此外,我们发现 95% 的内核节点对应于孟德尔疾病基因,并且 93% 的与网络相关的合成致死对包含在内核中。 与核中节点相对应的基因具有低进化率,在各种组织中普遍表达,并且在物种之间保存良好。 此外,内核基因包含许多药物靶点,表明其他内核节点可能是潜在的药物靶点。 由于整个网络的简化,大规模信令网络的高效建模和复杂框架内核心结构的理解成为可能。

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作者

Editor Pat Heslop-Harrison

帕特·赫斯洛普·哈里森 (Pat Heslop-Harrison) 是莱斯特大学分子细胞遗传学和细胞生物学教授。 他同时也是《 Annals of Botany.

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