Μελέτη των μηχανισμών διατάραξης της ομαλής κυτταρικής λειτουργίας μέσω της ανακατασκευής γονιδιακών ρυθμιστικών δικτύων

Abstract

Basic goal of the dissertation was the reconstruction of gene regulatory networks (GRN) based on that we develop and implemented a euro fuzzy recurrent network (NFRN). NFRN was used to predict time series of microarray gene expression data. The prediction in NFRN is accomplished through fuzzy rules. Finally the reconstruction of GRN was accomplished through a number of rules common to a set of NFRN models. The results proved that the application of the overall scheme was in accordance with biological studies and outperformed other computational approaches. Additionally we developed algorithms for clustering (protein) graphs and gene expression data. Specifically, we implemented a clustering algorithm for weighted graphs towards the extraction of functional modules. The weighted graph was created by using gene expression and protein-protein interaction data. Finally, we constructed a novel semi-supervised fuzzy clustering algorithm applied to microarray gene expression data using information from gene ontology.

Βασικός στόχος της διατριβής απετέλεσε η ανακατασκευή ρυθμιστικών γονιδιακών δικτύων (ΑΡΓΔ). Στα πλαίσια αυτά αναπτύχθηκε και υλοποιήθηκε ασαφές αναδρομικό νευρωνικό δίκτυο (ΑΑΝΔ). Το ΑΑΝΔ χρησιμοποιήθηκε για πρόβλεψη χρονοσειράς γονιδιακής έκφρασης βάση δεδομένων μικροσυστοιχιών. Η πρόβλεψη στο ΑΑΝΔ γίνεται μέσω ασαφών κανόνων. Τελικά η ανακατασκευή ΡΓΔ πραγματοποιήθηκε μέσω κοινών κανόνων που λάβαμε από σύνολο υπολογιστικών μοντέλων ΑΑΝΔ. Τα αποτελέσματα εφαρμογής της συνολικής μεθόδου σε πραγματικά δεδομένα ήσαν σύμφωνα με βιολογικές μελέτες και καλύτερα από άλλες υπολογιστικές προσεγγίσεις. Συμπληρωματικά αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι ομαδοποίησης γράφου (πρωτεϊνικού) και έκφρασης μικροσυστοιχιών. Συγκεκριμένα αναπτύχθηκε αλγόριθμος τμηματοποίησης ζυγισμένου γράφου προς εξαγωγή λειτουργικών υποδομών. Ο ζυγισμένος γράφος προήλθε από συνδυασμό δεδομένων γονιδιακής έκφρασης και πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων. Τέλος ασχοληθήκαμε με την δημιουργία ασαφούς αλγορίθμου ημι-επιβλεπόμενης ομαδοποίησης που εφαρμόστηκε σε γονιδιακή έκφραση μικροσυστοιχιών χρησιμοποιώντας πληροφορία γονιδιακής οντολογίας.