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网络医学:一种基于网络的人类疾病研究方法

要点

  • 疾病的表型很少是单个效应基因产物异常的结果,而是反映了在一个复杂的网络中相互作用的各种病理生物学过程。

  • 在这里,我们概述了管理细胞网络的组织原则,以及这些原则对理解疾病的影响。基于网络的方法有潜在的生物学和临床应用,从疾病基因的识别到更好的药物靶标。

  • 虽然基本基因往往与中枢或高度连接的蛋白质相关,但疾病基因往往在网络的功能外围分离,避开中枢。

  • 疾病基因有很高的相互作用的倾向,形成疾病模块。这些疾病模块的识别可以帮助我们识别疾病途径和预测其他疾病基因。

  • 的相互作用组装置的高度互连的性质是,在分子水平上,则难以考虑疾病为彼此独立的。pathophenotypes之间的基于网络的依赖性的映射已最终于diseasome的概念,它代表疾病地图的节点是疾病和其链接代表疾病相关的细胞成分之间的各种分子的关系。

  • 在分子水平相关的疾病往往表现出检测合并症。

  • 网络医学在药物设计方面有着重要的应用,导致了网络药理学的出现,也导致了疾病分类的出现。

摘要

考虑到人类细胞中分子成分之间功能上的相互依赖关系,一种疾病很少是单个基因异常的结果,而是反映了连接组织和器官系统的细胞内和细胞间复杂网络的紊乱。新兴的网络医学工具提供了一个平台,不仅可以系统地探索特定疾病的分子复杂性,从而识别疾病模块和途径,而且还可以系统地探索明显不同(病理)表型之间的分子关系。这一方向的进展对于识别新的疾病基因、揭示全基因组关联研究和全基因组测序发现的疾病相关突变的生物学意义以及识别复杂疾病的药物靶标和生物标志物至关重要。

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图1:相互作用组中的疾病和基本基因。
图2:疾病模块。
图3:识别和验证疾病模块。
图4:确定候选疾病基因。
图5:疾病网络。

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致谢

我们感谢Z. Oltvai, A. Sharma, d . s。Lee和J. Park进行了有益的讨论和建议。A.L.B.和N.G.获得了美国国立卫生研究院(NIH)通过基因组科学卓越中心(CEGS)的资助,J.L.获得了NIH HL061795 (Merit Award)、HL81587、HL70819和HL48743的资助。

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词汇表

节点(或顶点)

一种系统组件,通过与其他组件相互作用形成一个网络。在生物网络中,节点可以表示蛋白质、基因、代谢物、RNA分子,甚至疾病和表型。

链接(或边)

链路表示网络中各节点之间的相互作用。在生物系统中,相互作用可以对应于蛋白质-蛋白质结合相互作用或代谢耦合,或者它们可能代表基于共同遗传起源或共同表型特征的疾病之间的联系。

学位

一个节点的度是连接到它的链路的数量。一种蛋白质的程度可以表示与它相互作用的蛋白质的数量,而一种疾病的程度可以表示与同一基因相关或具有共同表型的其他疾病的数量。

模块(或社区)

网络上的密集子图,通常表示具有联合角色的一组节点。在生物学中,一个模块可以对应于一组相互作用以实现某些共同功能的分子。

伴随疾病

共病是指除患者原有疾病或疾病外,还存在一种或多种疾病(或疾病)。当一种疾病加剧了其他疾病的出现时,共病可能掩盖了因果关系,例如被广泛研究的糖尿病和肥胖之间的共病。

Edgetic

边缘扰动是指突变不会导致基因产物完全丢失,而是影响蛋白质的一种或几种相互作用(从而影响蛋白质的功能)。从网络的角度来看,边缘扰动移除了一个或几个链接,但不影响其他链接和节点。

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Barabási, AL., Gulbahce, N. & Loscalzo, J.网络医学:人类疾病的基于网络的方法。Nat牧师麝猫12,56 - 68(2011)。https://doi.org/10.1038/nrg2918

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