【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机科学和生物网络领域，尤其涉及一种基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法。
技术介绍
1、在生物体内，基因通过表达和调控相互作用，从而实现它们的生物学功能，并完成复杂的生命活动。基因间的相互作用是一个连续而复杂的动态过程，随着时间、环境的变化而变化。对基因调控网络演化的研究有许多重要意义，例如可以通过当前的基因调控关系预测未来的基因调控关系，还可以通过基因调控关系的变化预测基因功能的变化，从而探明某些疾病尤其是癌症的发病机制、为疾病的预测和治疗提供依据等。
2、公开号为cn109360607a的专利文献公开了一种动态基因调控网的网络演化分析方法，包括：步骤s1：将基因调控网以模体的形式进行表示，统计快照间的模体转换概率，并将相邻两个快照间的模体转换概率用矩阵表示，得到模体转换概率矩阵，模体为由三个节点构成的子图，快照为以预设时间间隔对基因调控网络进行采样，得到的预设时刻的静态结构，模体转换概率矩阵中的元素用以表征模体从一个时刻到下一时刻的变化情况；步骤s2：以包含前t-1个时刻的模体转换概率矩阵的模体转换概率张量为基础，预测t时刻的模体转换概率矩阵，获得无符号的网络快照，其中，t表示快照的总数量，t表示时刻；步骤s3：对源网络和目标网络的连边分别提取显式特征和隐式特征，其中，源网络为符号已知的网络，目标网络为基因调控网，并基于隐式特征，将无符号的基因调控网的边通过预设非负矩阵三因式分解的方法映射到隐空间中，以连边在隐空间位置的坐标为特征、连边的符号为标签，通过机器学习方法进行样本的训练和预测
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，可以解决基因调控网络准确性低的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，包括：
3、采集第一数据、第二数据和第三数据，所述第一数据为目标基因的动态表达数据谱，所述第二数据为转录因子在基因组的结合数据，所述第三数据为基因组数据；
4、对所述第一数据、所述第二数据以及所述第三数据进行预处理；
5、根据进行预处理后的数据建立转录因子调控网络；
6、分析逻辑关系，确定每个所述逻辑关系的置信度，并按照置信度从大到小对所述转录因子调控网络存在的逻辑关系进行排序；
7、使用置信度对应的逻辑关系验证所述转录因子调控网络的组合数据和基因组数据是否符合预期，得到验证结论；
8、基于所述验证结论更新所述转录因子调控网络。
9、进一步地，采集目标基因的动态表达数据包括：
10、目标基因在时间点t上的转录动力学方程表示为一个常微分方程：
11、dym(t)/dt＝is(t)-kdmym(t)
12、其中，is(t)表示目标基因的起始转录速率；kdm表示mrna降解率，kdm为常数，ym(t)表示目标基因在时间点t上的表达量。
13、进一步地，采集转录因子在基因组的结合数据包括：
14、当一个转录因子与目标基因结合形成转录复合体之后，转录起始率与目标基因的启动子被转录因子结合的概率有关；
15、令y(t)代表在时间点t下目标基因被转录因子结合的结合率，那么起始转录率is(t)表示为：
16、
17、其中，imax是理论条件下目标基因最大的转录速率，这个转录速率受到转录复合体或自身的影响；kb是转录因子的调控强度参数；tm是时间参数，用来代表转录因子结合后tm个时间单位对转录活动产生调控作用；
18、当存在物理距离上接近的任意两个转录因子与目标基因结合并形成组合时，任意两个转录因子的逻辑关系包括与、或和非；
19、设定任意两个转录因子中的一个转录因子为a，另一个转录因子为b；
20、逻辑功能为与时的描述为：
21、逻辑功能为或时的描述为：
22、逻辑功能为非时的描述为：
23、其中，表示单独存在转录因子a的调节强度；表示单独存在转录因子b的调节强度；表示转录因子a和b同时存在时的调节强度；y(t-tm)是考虑转录延迟后转录因子对基因的调控强度；ya(t-tm)表示转录因子a对目标基因的调控作用；yb(t-tm)表示转录因子b对目标基因的调控作用。
24、进一步地，根据进行预处理后的数据建立转录因子调控网络包括：
25、对于多转录因子的调控，用ri代表第i个唯一调控逻辑，并用ωi代表该逻辑出现的概率，用ii代表该逻辑对转录活性的贡献，则目标基因转录起始速率用唯一调控逻辑来表示的方程：
26、
27、其中，nr代表了目标基因中所涉及到的唯一调控逻辑的数量；对于ii，使用以下方程表示：
28、
29、其中，z是一个复合变量的集合，zj代表了其中第j个变量，nz表示所有可能参与调控目标基因的调控逻辑的数量，aij是每个复合变量的参数并与第j个复合变量和第i个逻辑对应，εi是泰勒展开的截断误差；
30、令和得到
31、
32、其中βj代表了一个与转录动力学参数和发生概率ωi有关的函数，只有在转录因子数量和泰勒展开级数确定的情况下给定；
33、当两个转录因子(au，av)参与调控一个基因时，这对转录因子对转录速率的贡献表示为：
34、
35、通过应用泰勒扩展和数学转换，得到基因转录调控的模型方程：
36、
37、其中，是时间点tl的指数，βj是目标基因在某个时间段的预测表达值，zj是某个时间段的实际表达水平，kdm是基因的降解率，ε是模型系数，也是转录动力学参数的函数；ym(t1-1)是转录因子-dna在时间点tl-1的占有率的函数。
38、进一步地，所述转录因子包括clock、bmal1、cry1、cry2、per1、per2、npas2、ep300、crebbp和polr2a。
39、进一步地，基于昼夜波动基因的qtrns，模拟基因敲除的方法来评估某个转录因子或转录因子组合在动态范围内调节昼夜波动基因表达的影响，在vko突变体的构建中，首先，使用logictrn方法来预测负责驱动基因表达调节的转录因子-逻辑，设定为几乎单转录因子敲除为vsko突变体，设定几乎双转录因子敲除为vdko突变体以及设定几乎三转录因子敲除为vtko突变体；
40、从qtrn中取出一个转录因子，预测具有昼夜波动的基因的动态轮廓；剔除一个转录因子，使其对应的转录因子-基因表达值为零；通过比较wt条件下的原始节律和突变体条件下被扰乱的节律之间的动态曲线的相移，计算出一个分数，以表示不同转录因子敲除的影响程度；
41、对于vdko突变体的构建，根据基线wt逻辑预测数据计算出两个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，采集目标基因的动态表达数据包括：
3.根据权利要求2所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，采集转录因子在基因组的结合数据包括：
4.根据权利要求3所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，根据进行预处理后的数据建立转录因子调控网络包括：
5.根据权利要求4所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，所述转录因子包括CLOCK、BMAL1、CRY1、CRY2、PER1、PER2、NPAS2、EP300、CREBBP和POLR2A。
6.根据权利要求5所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，通过以下公式计算动态转录因子的占有率：
8.根据权利要求7所述的基于转录
9.根据权利要求8所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，使用置信度对应的逻辑关系验证所述转录因子调控网络的组合数据和基因组数据是否符合预期，得到验证结论包括：
10.根据权利要求9所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，所述基于所述验证结论更新所述转录因子调控网络包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，采集目标基因的动态表达数据包括：
3.根据权利要求2所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，采集转录因子在基因组的结合数据包括：
4.根据权利要求3所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，根据进行预处理后的数据建立转录因子调控网络包括：
5.根据权利要求4所述的基于转录调控逻辑解码的细胞信号传导网络分析方法，其特征在于，所述转录因子包括clock、bmal1、cry1、cry2、per1、per2、npas2、ep300、crebbp和polr2a。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：王超，戴伯乔迪·乔特瑞，祝海龙，
申请(专利权)人：香港浸会大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：
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