基于復合物結構和網(wǎng)絡拓撲特性的關鍵蛋白質(zhì)識別算法

盧鵬麗, 蔚京娟

(蘭州理工大學 計算機與通信學院, 甘肅 蘭州 730050)

蛋白質(zhì)是構成一切細胞和組織結構必不可少的成分,而關鍵蛋白質(zhì)是生物體生存和繁殖所必須的,在生命活動中扮演著重要的角色[1],通過基因剔除式突變將關鍵蛋白質(zhì)移除會導致細胞死亡或無法繁殖[2].關鍵蛋白質(zhì)的識別有助于從分子水平上理解細胞的基本要求[3],因此識別關鍵蛋白質(zhì)對生物體的生命活動很重要.在生物學上,關鍵蛋白質(zhì)的識別主要依靠生物實驗方法,如條件敲除[4]、RNA干擾[5]和單基因敲除[6].通過生物學實驗預測關鍵蛋白質(zhì)雖然成果有效且準確性高,但需要消耗大量時間、成本和資源.

隨著蛋白質(zhì)相互作用PPI(protein-protein interaction)網(wǎng)絡的日益完善,基于PPI網(wǎng)絡,采用計算機技術從大量的實驗中預測關鍵蛋白質(zhì)成為生物信息學領域的重要研究方向[7-8].Jeong等[9]提出的“集中性-致命性”規(guī)則證明了蛋白質(zhì)的關鍵性與PPI網(wǎng)絡拓撲結構有關.因此,出現(xiàn)了大量基于網(wǎng)絡拓撲結構的中心性指標[10].利用圖的拓撲指數(shù)構造的節(jié)點中心性反映復雜網(wǎng)絡的整體特性,可以很好地識別復雜網(wǎng)絡的節(jié)點重要性[11].從節(jié)點的角度出發(fā),度中心性(degree centrality)[12]將節(jié)點的鄰居個數(shù)作為該節(jié)點的中心性度量,僅僅考慮了節(jié)點的局部信息；在酵母蛋白質(zhì)網(wǎng)絡中,存在很多具有較高介數(shù)但較低度的節(jié)點在網(wǎng)絡中起著關鍵的作用,基于這一發(fā)現(xiàn),提出了介數(shù)中心性BC(betweenness centrality)[13]；節(jié)點的緊密中心性CC(closeness centrality)[14]反映了節(jié)點在網(wǎng)絡中居于中心的測度,節(jié)點越居于網(wǎng)絡的中心,其重要程度越高；……