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miRNA靶基因识别之IDA

已有 1870 次阅读 2021-12-16 09:31 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

写在前面

在前面文章(miRNA靶基因识别)中,miRNA靶基因识别方法大致划分为相关分析法、回归分析法、贝叶斯网络法和因果推理法等。本次就专门说一下基于IDAIntervention calculus when the DAG is Absent)因果推理方法识别miRNA靶基因。有关因果推理方法简介参见以前文章(你想了解因果推理吗?)。

 

01

动机

已有方法(相关分析法、回归分析法等)只是识别miRNA与靶基因之间的相关关系,然而这些统计关系又不能揭示因果调控关系。对于基因调控网络,它实际上是一个复杂的有向网络图。融合miRNA与靶基因之间的统计关系,只能生成无向网络图。为了得到准确的有向基因调控网络,有必要识别miRNA与靶基因之间的因果关系。在生物实验中,确定因果关系的标准方法是随机控制扰动实验(randomized controlled perturbation experiments)。然而,这种生物实验既昂贵又费时,难以大规模使用。因此,计算方法作为候选方法,旨在从大规模观察数据中识别miRNA和靶基因之间的因果关系。IDA因果推理方法就是这样一种计算方法。

 

02

方法简介

IDA方法(如图1)主要有两个关键步骤:i)因果结构学习(Causal structure learning)和ii)因果推断(Causal inference)。因果结构学习采用PCPeter Spirtes and Clark Glymour)算法预测miRNA与靶基因之间的完全部分有向无环图(completed partially directed acyclic graph,简称CPDAG),因果推断采用do-calculus计算miRNA与靶基因之间因果效应(causal effects)。IDA算法的详细信息,可以参见参考文献[1]描述。

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1 基于IDA因果推理方法识别miRNA与靶基因的因果效应

 

后话

基于IDA因果推理方法的输入数据是miRNA和靶基因表达谱数据,没有任何先验信息。因此,该方法是一种非监督方法。理论上,给定miRNA和靶基因表达谱数据,除了miRNA-mRNA因果调控关系,IDA因果推理方法能够识别所有可能的因果调控关系(其他包括miRNA-miRNAmRNA-mRNAmRNA-miRNA)。但是,如果考虑所有的因果调控关系,计算量势必显著性增加。根据目标决定任务导向,使用因果推理方法之前,最好先要确定感兴趣的因果调控关系。

 

 

参考文献:

[1] Le TD, Liu L, Tsykin A, et al. Inferring microRNA-mRNA causal regulatory relationships from expression data. Bioinformatics. 2013; 29(6):765-771. doi:10.1093/bioinformatics/btt048.

[2] Spirtes,P. et al. (2000) Causation, Prediction, and Search, 2nd edn. MIT Press, Cambridge, MA.

[3] Pearl,J. (2000) Causality: Models, Reasoning, and Inference. Cambridge University Press, Cambridge.

[4] Kalisch,M. and Buhlmann,P. (2007) Estimating high-dimensional directed acyclic graphs with the PC-algorithm. J. Mach. Learn. Res., 8, 613–636.

[5] Maathuis HM. et al. (2009) Estimating high-dimensional intervention effects from observational data. Ann. Stat., 37, 3133–3164.

[6] Maathuis HM. et al. (2010) Predicting causal effects in large-scale systems from observational data. Nat. Methods, 7, 247–249.

 

更多背景知识如下:

1. miRNA是何方神圣?

2. What?植物miRNA能够调控动物靶基因?

3. miRNA也走非主流路线!

4. Tools4miRs:只为miRNA分析

5. miRNA序列与表达谱数据库

6. miRNA有个DIANA系列

7. miRNA富集分析之miRPath

8. miRNA富集分析之TAM

9. miRNA富集分析之miEAA

10. miRNA富集分析之clusterProfiler

11.miRNA靶基因识别

12. miRNA靶基因识别:下一步

13. miRNA靶基因之实验验证型数据库

14. miRNA靶基因之预测型数据库

15. miRNA靶基因之综合型数据库

16. miRNA靶基因之miRLAB

17. miRNA靶基因之miRBaseConverter

18. miRNATF互为调控

19. miRNA与人类疾病

20. miRNA靶基因与人类疾病

21. miRNAEMT

22. miRNA协作

23. miRNA协作之MFSN

24. miRNA协作之因果推理方法

25. 单细胞水平miRNA调控

 

号外,为了便于交流,我们为miRNA介导的ceRNA研究在Frontiers in Molecular Biosciences杂志( 2020_IF = 5.246)整了个专刊,主题为“Computational Identification of ceRNA Regulation”。投稿链接:https://www.frontiersin.org/research-topics/24340/

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https://wap.sciencenet.cn/blog-571917-1316789.html

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1 李宏翰

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