药物-靶标网络的节点角色表征

作者:方亚平;郭延芝;文志宁;李梦龙;刁元波 刊名:分析化学 上传者:李迪

【摘要】基于系统生物学的方法对药物及其蛋白质靶标进行网络化的系统研究将有助于我们从生物信息学的角度来理解药物研发的现况。通过现有的FDA批准的药物及其靶标相关联的信息构建药物一靶标网络,对网络进行拓扑表征并分析其性质,同时定义一个新的指标来表征不同节点在网络中的重要程度,提供了一种基于角色的网络表征方法。实验大致可以分为以下3步:

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第 37卷 2009年 10月 分析化学 (FENⅪ HUA)(【厄) Chinese Journ al ofAnalytical Chemistry 增刊 F154 药物一靶标网络的节点角色表征 方亚平 郭延芝 文志宁 李梦龙 刁元波 (四川大学化学学院,成都 610064) 基于系统生物学的方法对药物及其蛋 白质靶标进行网络化 的系统研究将有助于我们从生物信 息学的角度来理解药物研发的现况。通过现有的 FDA批准的药物及其靶标相关联的信息构建药物 一 靶标网络,对网络进行拓扑表征并分析其性质 ,同时定义一个新的指标来表征不同节点在网络中 的重要程度 ,提供了一种基于角色的网络表征方法。实验大致可 以分为以下 3步:首先通过药物 及其靶标 的相关信心进行关联分析,提取其相互作用关系,构建药物靶标相互作用网络 (“二分 网”)。同时 由此网络衍生出两个子网络:药物.药物相互作用网络 (1065节点 (药物 )和 20612 边 (药物作用对 ))和靶标.靶标相互作用网络 (760点 (靶标)和 9043边 (靶标作用对));其次 对这 3个 网络进行 4 种 拓 扑 指 数 相 关 分 析 。同时对两个子 网 络进行社 区结构划分 和 6种 motif子结构分 析 ;最后基于 以上拓 扑相关分析 ,提 出了 基于社区结构和拓扑 性质的两个参 数来进 行网络节 点的重要性 表征。 h _ ~ * - } 目 ‘7 - ∞ ∞ Fig 1 Distribution of the drugs(a)and targets(b)according to first level of hte Anatomical Therapeutic Chemi cal(ATC)classification 按照解剖学治疗学及化学分类系统 (Anatomical Therapeutic Chemical(ATC))的分类方法 , 药物和靶标的分布为见图 l。 累积度分布分析表 明,药物靶标网络是一个无尺度网络,遵循度分布 的规律,具有 2.32的尺 度因子。对每个 网络及其相应 的 Erdos—Renyi(ER)随机网络分析表明,药物网络具有很强的社区性 。 社区结果分析表明药物网络可以分为 l3个社区。Motif结构分布分析表明药物和靶标网络具有高 度的相似性 (相关系数大于 0.966)。根据每个节点在社区内及整个网络中的度对网络节点进行表 征,将节点分为六种不 同的类型。结果表 明:大部分的节点是外围节点,同时所有的集散节点药 物均为多靶标药物 。同时也表明现有 的药物及其靶标相关关系中还不存在一种能治疗所有疾病的 靶标和药物 。 本研究探索 了基于网络的方法来进行药物.靶标的相互作用关系研究。发现 了药物.靶标 网络 具有无尺度和高聚集性 。大部分 (约 80%)的药物的连接性限于同一社区内。在网络 中占据集散 节点位置的药物很少,并且都是多靶标药物 。同时也表 明现有的药物相关信息中不存在一种 能治 疗所有疾病的药物和靶标,但是同时针对多个靶标进行相关药物设计是切实可行的。 毒}、

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