کشف کمپلکس های پروتئین در شبکه های تعامل پروتئین
چکیده
پروتئین ها مولکول های زیستی پراهمیتی هستند که فعالیت های مختلفی را در بدن موجودات زنده انجام می دهند. آن ها معمولا برای انجام فعالیت های خود به یکدیگر متصل می شوند یا به اصطلاح با یکدیگر برهمکنش دارند. یک شبکه ی برهمکنش پروتئین، در یک گونه ی خاص از جانداران پروتئین های آن گونه و برهمکنش بین آن ها را نشان می دهد. یک کمپلکس پروتئینی، اجتماعی از پروتئین ها است که باهم برهمکنش داشته و عمل زیستی خاصی را انجام می دهند. مسأله ی کشف این کمپلکس ها در شبکه های برهمکنش پروتئین، در دهه ی اخیر بسیار مورد توجه محققین بوده است. از سال 2002 تا کنون روش های بسیاری با رویکردهای گوناگون برای حل این مسأله ارائه شده است. معمولا در این روش ها شبکه های برهمکنش پروتئین با استفاده از گراف مدل شده و زیرگراف های چگال به عنوان کمپلکس های پروتئین در نظر گرفته می شوند. برهمین اساس تقریباً تمامی این روشها مبتنی بر مفاهیم نظریه ی گراف می باشند. روش هایی که تنها با استفاده از مفاهیم نظریه ی گراف سعی در حل مسأله دارند به دلیل نادیده گرفتن جنبه های زیستی آن، معمولاً دقت بالایی ندارند. به همین دلیل در سال های اخیر محققیقن تلاش کرده اند تا با دخالت دادن برخی اطلاعات زیستی، الگوریتم های بهتری را ارائه دهند. با توجه به نوع مفاهیم زیستی به کار رفته، این روش ها به چهار گروه زیر دسته بندی می شوند: 1. روش های مبتنی بر ساختار هسته و پروتئین های الحاقی: مطالعات انجام شده روی کمپلکس های پروتئینی نشان می دهد که هر کمپلکس از دو بخش هسته و پروتئین های الحاقی به هسته تشکیل شده است. هسته قلب عملیاتی کمپلکس است و پروتئین های آن باهم برهمکنش بیشتری دارند. پروتئین های الحاقی نقش کمک کننده را ایفا می کنند. این روش ها معمولا هسته ی هر کمپلکس و پروتئین های الحاقی به آن را در دو مرحله ی جدا از هم کشف می کنند. 2. روش های مبتنی بر اطلاعات عملکردی کمپلکس ها: پروتئین های موجود در یک کمپلکس، معمولاً از نظر عملکرد در یک گروه دسته بندی می شوند. این روش ها سعی دارند تا با اندازه گیری شباهت عملکرد پروتئین ها، کمپلکس ها را کشف کنند. 3. روش های مبتنی بر اطلاعات تکاملی شبکه ها: بسیاری از کمپلکس های پروتئینی در طول فرایند تکامل موجودات زنده بدون تغییر مانده اند. بنابراین با معلوم بودن کمپلکس های موجود در شبکه ی برهمکنش یک گونه، می توان کمپلکس های مشابه را در شبکه های دیگر کشف کرد. 4. روش های مبتنی بر اطلاعات برهمکنش ها: هر پروتئین به طور همزمان با تعداد مشخصی پروتئین دیگر می تواند برهمکنش داشته باشد. روش هایی که در این گروه دسته بندی می شوند، از این ویژگی برای کشف کمپلکس های دقیق تر استفاده می کنند. برای درک بهتر مطالب مندرج در این پایان نامه، آشنایی با یک سری مفاهیم و تعاریف اولیه ی نظریه ی گراف و زیست شناسی ضروری است. این مفاهیم در فصل یک تشریح می شوند. در فصل دوم انواع روش های ارائه شده برای حل مسأله دسته بندی شده و تعدادی از جدید ترین آن ها بررسی می شود. در فصل سوم، بر اساس ساختار هستی شناسی ژن و مفهوم شباهت معنایی، روش جدیدی تحت عنوان wcoach ارائه می شود. روش ارائه شده در واقع شکل بهبود یافته ای از روش coach است که بر اساس ساختار هسته و پروتئین های الحاقی، هسته ی کمپلکس ها و پروتئین های الحاقی به هر هسته را در دو مرحله ی جدا از هم کشف می کند. فصل چهارم به ارزیابی روش wcoach و مقایسه ی آن با چند روش دیگر می پردازد. فصل پنجم نیز شامل نتیجه گیری، پیشنهادت و چالش های پیش رو در حل مسأله است.