JP2007293430A - 遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法、および、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置 - Google Patents

遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法、および、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置 Download PDF

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Abstract

【課題】分析しやすい遺伝子間相互作用ネットワークを提供することによりユーザ(研究者)による遺伝子間相互作用の分析効率の向上を図ること。
【解決手段】遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置によれば、表示画面1300を表示することができる。表示画面1300の左ペイン1301には、各分析対象部分ネットワークの詳細情報1311が表示されている。詳細情報1311とは、疾患D1〜D9ごとの分析対象部分ネットワークのノード数、エッジ数、および累積被覆率である。詳細情報1311をユーザが見ることにより、分析したい疾患の分析対象部分ネットワークの指定を促すことができる。ここで、たとえば、ユーザが疾患D3を指定した場合、右ペイン1302には、指定された疾患D3に関する部分ネットワークを示すネットワーク図1312が表示される。
【選択図】図13

Description

この発明は、ユーザの着目する遺伝子群に関連する遺伝子間相互作用ネットワークの分析を支援する遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置、および遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法に関する。
近年、患者と健常者の間の遺伝子発現状況の違いなどを手がかりとして、疾患に関わる分子メカニズムを解明しようとする研究が盛んに行われている。また、薬剤投与/非投与の別による遺伝子発現状況の違いなどを手がかりとして、薬剤が生体に与える影響を、分子メカニズムのレベルで解明しようとする研究もよく行われている。このような研究においては、何らかの手がかりによって着目した遺伝子群について、それぞれの遺伝子に関連する遺伝子間相互作用を分析することで、着目遺伝子と疾患との関係や着目遺伝子に対する薬剤の影響などを推定することが広く行われている。
このような分析においては、分析すべき遺伝子や遺伝子間相互作用を、疾患などとの関係によって、適切に選別することが望まれる。すなわち、一般に、着目遺伝子は多数得られ、さらに、関連する遺伝子間相互作用は膨大な数になり、かつ、異なる生物学的要因に由来する相互作用が混在しているため、たとえば、疾患に関連する分子メカニズム別に相互作用を分類することで分析対象の選別を容易にしたり、疾患と関連する可能性の高い相互作用を自動的に選別することなどが望まれている。
図21は、ある着目遺伝子群に関連する遺伝子間相互作用を、ネットワークグラフの形式で表現した例である。遺伝子間相互作用ネットワーク2100は、遺伝子発現解析で得られた約300個の着目遺伝子群について、各着目遺伝子を中心とする相互作用ネットワークを重ね合わせたものである。ここで、矩形のノードは遺伝子を表し、エッジはその両端のノードに対応する2つの遺伝子の間に既知の相互作用が存在すること(文献で相互作用が報告されていること)を表している。この図のように、着目遺伝子群に関連する相互作用を集めたネットワークは、サイズが大きく・複雑な構造を示すことが多いので、上記のような分析支援技術が望まれている。
上記の分析支援技術に関しては、遺伝子間相互作用ネットワークを、疾患や生体内の分子メカニズムなどの区別に沿って、体系的に蓄積したデータベース(たとえば、下記非特許文献1,2を参照)が知られている。これらのデータベースを利用すれば、着目遺伝子群に関連する相互作用を、疾患や生体内の分子メカニズム別に分析することが可能になる。
また、下記特許文献1では、図21のような遺伝子間相互作用ネットワークにおいて、疾患と関連する可能性の高い遺伝子(疾患関連遺伝子)の選別を支援する技術が開示されている。
この技術では、特定の薬剤の投与/非投与の別により発現状況に違いが見られた遺伝子群に対して、文献における遺伝子の出現状況に基づく遺伝子のクラスタリング結果と、遺伝子が出現した文献と当該薬剤/着目疾患との関連性を提示することで、当該の薬剤に反応し、かつ、着目疾患への関与が予測される遺伝子で、着目疾患への関与の報告がないものを、「研究遺伝子」として見出すことを支援できるという効果が得られる。
KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(ケッグ:キョウト エンサイクロペディア ジーンズ アンド ゲノムズ)、[online]、[平成18年2月27日検索]、インターネット<URL:http://www.genome.jp/kegg/pathway.html> BioCarta(バイオカルタ)、[online]、[平成18年2月273日検索]、インターネット<URL:http://www.biocarta.com/> 特開2003−44481号公報
しかしながら、上述した非特許文献1、2のようなデータベースを利用する場合、データベースの網羅性が不十分であるという問題がある。これらのデータベースは、分子生物学分野で確立した研究成果に基づき人手で構築されているため、まだ研究途上の遺伝子間相互作用については掲載がない。そのため、たとえば、遺伝子間相互作用ネットワーク2100に含まれている遺伝子間相互作用の全てが、これらのデータベースに掲載されていることは期待できない。
また、上述した特許文献1の従来技術では、特定の薬剤と特定の疾患に着目した状態で、人間が上述した遺伝子間相互作用ネットワーク2100を解釈して、個々の遺伝子と疾患との関連性を判定する必要がある。したがって、着目すべき疾患が複数ある場合の支援技術として適用することが困難であるという問題がある。
すなわち、考えられる疾患ごとに、人間が提示情報を解釈する必要があるため、疾患関連遺伝子の発見/選別を効率的に行うことが困難であるという問題がある。一般に、ある因子が、複数の疾患に罹る危険性を高めることがありうるので、複数の疾患を考慮した分析の支援技術が望まれる。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、遺伝子間相互作用ネットワークを、疾患や生体内の分子メカニズムなど(以下「生体イベント」と総称する)との関連性に基づき分解することで、比較的小規模で・単純な構造の分析しやすい部分ネットワークを生成し、さらに、生成した部分ネットワークの中で代表的な少数個を優先的に分析すべき候補として提示することで、ユーザ(研究者)による遺伝子間相互作用の分析効率の向上を図る遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置、および遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置、および遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法は、生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度に関するしきい値を設定し、前記関連度が前記しきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出し、検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成することを特徴とする。
また、上記発明において、前記しきい値以上の遺伝子間相互作用が検出されなかった場合、前記所定のしきい値を所定量低く調節し、所定量低く調節されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、前記遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出することとしてもよい。
この発明によれば、遺伝子間相互作用ネットワークを生体イベントとの関連性に基づき分解することができる。
また、上記発明において、遺伝子または遺伝子間相互作用の数に関する制約条件を設定し、生成された部分ネットワークの中から、制約条件を満足する部分ネットワークを抽出することとしてもよい。
この発明によれば、この発明によれば、生体イベントごとの部分ネットワークを生成した後に、個々の部分ネットワークの大きさや複雑度に関する所定の制約を満たすよう、生体イベントごとの部分ネットワークを選択することができる。
これにより、分析対象の候補となる部分ネットワークの大きさや複雑さの制御が可能になるので、たとえば、小規模で単純な構造の部分ネットワークを単位に分析できるようになる。
また、上記発明において、分析対象の網羅性に関する制約条件を設定し、生成された前記生体イベントごとの部分ネットワークを纏めることにより、和集合ネットワークを生成し、和集合ネットワークが前記遺伝子間相互作用ネットワークにどの程度包含されているかを示す被覆度を算出し、算出された被覆度が、分析対象の網羅性に関する制約条件を満足するか否かを判定し、前記制約条件を満足していないと判定された場合、前記しきい値が低くなるように調節することとしてもよい。
この発明によれば、生体イベントとの関連度に基づき遺伝子間相互作用を選択する際に、生成する複数の部分ネットワークが全体として含むべき相互作用の多さに関する所定の制約を満たすよう、関連度のしきい値を自動的に調節し、各生体イベントと関連度がそのしきい値以上である遺伝子間相互作用を選択することができる。
これにより、部分ネットワークが全体として含む相互作用の数の制御が可能になるので、部分ネットワークを全て分析すれば、元の遺伝子間相互作用ネットワークに含まれる過半数の相互作用を網羅的に分析できることを保障して欲しいといったユーザの要望に応えることができる。
また、上記発明において、前記部分ネットワーク間の重複度に基づいて、前記部分ネットワークの集合を分析対象部分ネットワークと非分析対象部分ネットワークとに選別することとしてもよい。
この発明によれば、相互に重なりの小さい部分ネットワークを分析対象として選別することができる。これにより、比較的小数個の部分ネットワークのみを分析するだけで、多くの相互作用を分析することができる。
また、上記発明において、前記部分ネットワークの取得基準となる取得基準エッジ数を設定し、取得基準エッジ数が段階的に低くなるように調節し、前記部分ネットワークの集合の中から、前記取得基準エッジ数と同一エッジ数の部分ネットワークを取得し、取得部分ネットワークと、前記分析対象部分ネットワークの集合との重複度を算出し、算出された重複度と前記選別基準エッジ数とに基づいて、前記取得部分ネットワークを、前記分析対象部分ネットワークまたは前記非分析対象部分ネットワークに選別することとしてもよい。
この発明によれば、各部分ネットワークについて、それより多くの相互作用を含む別の部分ネットワークとの相互作用の重なり(エッジの重複度)を調べ、いずれかの部分ネットワークとの重なりが所定の割合より多い場合に、分析対象から除外することにより、複数の部分ネットワークの中から、相互に異なりが大きい代表的な部分ネットワークを、分析対象として選別することができる。
また、上記発明において、前記部分ネットワークの中に前記取得基準エッジ数と同一エッジ数の部分ネットワークがない場合、前記取得基準エッジ数を所定数低くし、所定数低く調節された取得基準エッジ数と同一エッジ数の部分ネットワークを取得することとしてもよい。
この発明によれば、分析対象として選別される部分ネットワークについて、段階的に相互の重なりを小さくすることができる。
また、上記発明において、前記部分ネットワークの選別基準となる選別基準エッジ数を設定し、前記重複度と選別基準エッジ数とに基づいて、前記部分ネットワークの集合を前記分析対象部分ネットワークと前記非分析対象部分ネットワークとに選別することとしてもよい。
この発明によれば、ユーザが所望する大きさの分析対象を選別することができる。
また、上記発明において、前記表示画面を制御して、前記部分ネットワークを表示することとしてもよい。
この発明によれば、ユーザは、部分ネットワークを視覚的に認識することで、相互作用の連鎖による遺伝子の連結性などを容易に把握できる。これにより、ユーザは、複数の遺伝子間相互作用の間の関連性を踏まえた分析を効率的に行えるようになり、結果として、たとえば、気がつきにくい遺伝子間相互作用の機能や生体イベントにおける役割などを発見する可能性を高めることができる。
また、上記発明において、前記部分ネットワークのうち一の生体イベントに関する部分ネットワークが指定された場合、前記一の生体イベントに関する部分ネットワークと当該部分ネットワークに類似する部分ネットワークとを合成したネットワークを前記表示画面に表示することとしてもよい。
この発明によれば、生体イベントごとの部分ネットワークの合成により得られた新たな遺伝子間相互作用ネットワークを分析対象とすることができる。これにより、ユーザは、生体イベント間の共通性や個々の生体イベントの特異性との関係を踏まえた分析を効率的に行えるようになり、結果として、たとえば、気がつきにくい遺伝子間相互作用の機能や生体イベントにおける役割などを発見する可能性を高めることができる。
また、上記発明において、前記生体イベントの説明に関する電子文書と前記遺伝子間の相互作用を示す電子文献とを用いて、前記生体イベントと前記遺伝子間の相互作用との関連度を設定し、設定された関連度が前記しきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークの中から検出することとしてもよい。
この発明によれば、電子文書と電子文献があれば生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度を自動的に設定することができる。
また、上記発明において、前記電子文書と前記電子文献とのテキストの類似度を前記電子文献ごとに算出し、前記電子文献ごとに算出された類似度に基づいて、前記関連度を設定することとしてもよい。
この発明によれば、自動設定される関連度の精度向上を図ることができる。
本発明にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置、および遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法によれば、分析しやすい遺伝子間相互作用ネットワークを提供することによりユーザによる分析効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置、および遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
(遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置のハードウェア構成)
まず、この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置のハードウェア構成について説明する。図1は、この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
図1において、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置は、CPU101と、ROM102と、RAM103と、HDD(ハードディスクドライブ)104と、HD(ハードディスク)105と、FDD(フレキシブルディスクドライブ)106と、着脱可能な記録媒体の一例としてのFD(フレキシブルディスク)107と、ディスプレイ108と、I/F(インターフェース)109と、キーボード110と、マウス111と、スキャナ112と、プリンタ113と、を備えている。また、各構成部はバス100によってそれぞれ接続されている。
ここで、CPU101は、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置の全体の制御を司る。ROM102は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。RAM103は、CPU101のワークエリアとして使用される。HDD104は、CPU101の制御にしたがってHD105に対するデータのリード/ライトを制御する。HD105は、HDD104の制御で書き込まれたデータを記憶する。
FDD106は、CPU101の制御にしたがってFD107に対するデータのリード/ライトを制御する。FD107は、FDD106の制御で書き込まれたデータを記憶したり、FD107に記憶されたデータを遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置に読み取らせたりする。
また、着脱可能な記録媒体として、FD107のほか、CD−ROM(CD−R、CD−RW)、MO、DVD(Digital Versatile Disk)、メモリーカードなどであってもよい。ディスプレイ108は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などのデータを表示する。このディスプレイ108は、たとえば、CRT、TFT液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを採用することができる。
I/F109は、通信回線を通じてインターネットなどのネットワーク114に接続され、このネットワーク114を介して他の装置に接続される。そして、I/F109は、ネットワーク114と内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する。I/F109には、たとえばモデムやLANアダプタなどを採用することができる。
キーボード110は、文字、数字、各種指示などの入力のためのキーを備え、データの入力をおこなう。また、タッチパネル式の入力パッドやテンキーなどであってもよい。マウス111は、カーソルの移動や範囲選択、あるいはウィンドウの移動やサイズの変更などをおこなう。ポインティングデバイスとして同様に機能を備えるものであれば、トラックボールやジョイスティックなどであってもよい。
スキャナ112は、画像を光学的に読み取り、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置内に画像データを取り込む。なお、スキャナ112は、OCR機能を持たせてもよい。また、プリンタ113は、画像データや文書データを印刷する。プリンタ113には、たとえば、レーザプリンタやインクジェットプリンタを採用することができる。
(疾患説明文書の内容)
つぎに、この発明の実施の形態にかかる疾患説明文書について説明する。図2は、この発明の実施の形態にかかる疾患説明文書を示す説明図である。疾患説明文書200とは、生体イベント(たとえば、疾患に関わる物質の生理作用、生体応答、臨床症状等を含む)を自然言語で体系的に記述された知識体系説明文書である。具体的には、たとえば、章単位、節単位で疾患に関する説明が記述されている。
具体的には、たとえば、「章1」の「節1−1」の説明箇所200−1は『疾患D1』の説明、「章1」の「節1−2」の説明箇所200−2は『疾患D2』の説明、「章2」の「節2−1」の説明箇所200−3は『疾患D3』の説明、といったように、疾患ごとに説明箇所が定められている。
この疾患説明文書200は、具体的には、たとえば、テキスト化された電子文書であり、図1に示したインターフェース109から入力してもよく、ROM102,RAM103,HD105などの記録媒体に記録してもよい。
なお、疾患説明文書200としては、たとえば、以下の電子文書OMIMなどを利用することができる。
OMIM・・・ヒトの遺伝病の表現型や遺伝子座などについてまとめたVictor McKusickによる著書“Mendelian Inheritance in Man”を電子化したもの(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM)
(医学文献データベース(DB)の記憶内容)
つぎに、この発明の実施の形態にかかる医学文献DBの記憶内容について説明する。図3は、この発明の実施の形態にかかる医学文献DBの記憶内容を示す説明図である。図3において、医学文献データベース300には、遺伝子間の相互作用などに関する生物学や医学の研究成果等を記載した電子文献A(Ai:i=1〜n)が記憶されている。
この電子文献Aは、MEDLINE(Medical Literature Analysis and Retrieval System On‐Line)または、MEDLINEと同種のデータベースに記憶されている抄録などの電子データである。
MEDLINEとは、米国立医学図書館NLM(National Library of Medicine)が提供する医薬関連文献の索引・抄録2次資料データベースである。MEDLINEの文献検索ツールとしてNCBIよりPubMedが提供されており、広く利用されている(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed)。なお、この電子文献Aはテキスト化されてデータベースに記憶されている。
この実施の形態では、電子文献Aiの内容(テキスト)に加え、電子文献Aiと、電子文献Aiで報告されている遺伝子間相互作用との対応関係を利用する。この対応関係は、電子文献Aiの書誌情報などに記載があればそれを用いればよい。
また、上記MEDLINEデータベースの場合には、NLMが公開しているEntrez Gene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=gene)データベースで提供されている“Interactions”という情報に遺伝子間相互作用とMEDLINE文献との対応関係が記載されているので、それを利用できる。以下、電子文献A1〜Anのいずれかに対応のある遺伝子間相互作用を遺伝子間相互作用I(Ij:j=1,2,・・・)と称する。
(関連度データベース(DB)の記憶内容)
つぎに、この発明の実施の形態にかかる関連度DBの記憶内容について説明する。図4は、この発明の実施の形態にかかる関連度DBの記憶内容を示す説明図である。図4において、関連度データベース400には、関連度が記憶されている。
ここで、関連度とは、各疾患を特定する疾患説明文書200の節番号と遺伝子間相互作用の元となる2つの遺伝子とにより特定された値であり、具体的には、たとえば、図2に示した疾患説明文書200と、図3に示した医学文献DB300内の電子文献Aとにより算出される。ここでは、関連度をRとすると、関連度Rは0≦R≦1となる。関連度Rの値が高ければ、当該疾患と遺伝子間相互作用との結びつきは強いと考えられる。なお、関連度Rの算出については後述する。
(遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置の機能的構成)
つぎに、この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置の機能的構成について説明する。図5は、この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置の機能的構成を示すブロック図である。
図5において、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置500は、疾患説明文書200と、医学文献DB300と、関連度DB400と、関連度算出部501と、入力部502と、生成処理部503と、選別処理部504と、出力処理部505と、から構成されている。
関連度算出部501は、関連度DB400に記憶される関連度Rを算出する。具体的には、関連度算出部501は、類似度算出部511と、関連度設定部512と、から構成されている。類似度算出部511は、疾患説明文書200と医学文献DB300内の各電子文献Aiとの類似度を算出する。
この類似度算出を具体的に説明する。図6は、類似度算出部511による類似度算出を模式的に示した説明図である。図6において、疾患説明文書200中、ある疾患Dk(k=1,2,・・・)の説明箇所200−k内のテキストデータと、電子文献Aiのテキストデータとを用いて、TFIDF法により、説明箇所200−kと電子文献Aiとのテキスト類似度を算出する。
具体的には、TF(語彙頻度)により説明箇所200−kに出現するキーワード候補の出現頻度と、電子文献Aiに出現するキーワード候補の出現頻度を得る。また、IDF(文書頻度の逆数の対数)により、キーワード候補が出現する文書(説明箇所200−k、電子文献Ai)頻度の逆数の対数を得る。そして、TFとIDFの積により得られるTFIDFベクトルを、文書(説明箇所200−k、電子文献Ai)ごとに算出する。
そして、説明箇所200−kのTFIDFベクトルと電子文献AiのTFIDFベクトルとのコサイン値(大きさ1に正規化したベクトルの内積値)が、説明箇所200−kと電子文献Aiとのテキスト類似度Ski(0≦Ski≦1)となる。テキスト類似度Skiの値が大きいほど、説明箇所200−kと電子文献Aiとは類似していることとなる。
また、図5において、関連度設定部512は、疾患説明文書200と電子文献Aとを用いて、遺伝子間相互作用Ijと疾患Dkとの関連度Rを設定する。具体的には、類似度算出部511によって電子文献Aiごとに算出されたテキスト類似度Skiに基づいて、遺伝子間相互作用Ijと疾患Dkとの関連度Rjkを設定する。より具体的には、関連度Rjkは、遺伝子間相互作用Ijと対応のあるm(m≦n)個のテキスト類似度の集合Σjk(Sk1〜Sknのうちで、遺伝子間相互作用Ijと対応するものを要素とするテキスト類似度の集合)に基づいて設定される。
たとえば、m個のテキスト類似度Σjkの中の最大テキスト類似度を関連度Rjkとしてもよく、m個のテキスト類似度Σjkの中の最小テキスト類似度を関連度Rjkとしてもよい。また、m個のテキスト類似度Σjkの中の中央値やm個のテキスト類似度Σjkの平均値を関連度Rjkとしてもよい。このようにして遺伝子間相互作用Ijと説明箇所200−kの組み合わせごとに得られた関連度Rjkの集合が、図4に示した関連度Rとなる。
なお、上述したように、関連度DB400は関連度算出部501により算出することで作成することとしてもよいが、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置500では、あらかじめ関連度Rjkが用意されている関連度DB400を用いてもよい。
また、図5において、入力部502は、図21に示したような遺伝子間相互作用ネットワーク2100の入力を受け付ける。具体的には、たとえば、図1に示したキーボード110またはマウス111を操作して、ROM102、RAM103、HD105、I/F109、スキャナ112などから遺伝子間相互作用ネットワーク2100を入力する。
また、生成処理部503は、生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度Rに基づいて、遺伝子間相互作用ネットワーク2100の一部となる複数の部分ネットワーク集合510を生体イベントごとに生成する。生成処理部503の詳細については後述する。
また、選別処理部504は、生成処理部503によって生体イベントごとに生成された複数の部分ネットワーク集合510のエッジ数に基づいて、複数の部分ネットワーク集合510の中から分析対象となる分析対象部分ネットワーク集合Sを選択する。選別処理部504の詳細については後述する。また、出力処理部505は、分析対象部分ネットワーク集合Sを出力する。具体的には、図1に示したディスプレイ108の表示画面に表示したり、プリンタ113から印刷出力する。
なお、上述した関連度算出部501、入力部502、生成処理部503、選別処理部504、および出力処理部505は、具体的には、たとえば、図1に示したROM102,RAM103,HD105などの記録媒体に記録されているプログラムを、CPU101に実行させることによって、またはI/F109によって、その機能を実現する。
(生成処理部503の機能的構成)
つぎに、上述した生成処理部503の詳細な機能的構成について説明する。図7は、生成処理部503の詳細な機能的構成を示すブロック図である。図7において、生成処理部503は、しきい値設定部701と、しきい値調節部702と、検出部703と、部分ネットワーク生成部704と、第1の制約条件設定部705と、部分ネットワーク抽出部706と、和集合ネットワーク生成部707と、被覆度算出部708と、第2の制約条件設定部709と、被覆度判定部710と、から構成されている。
まず、しきい値設定部701は、生体イベントと遺伝子間相互作用Iとの関連度に関するしきい値Tを設定する。しきい値Tは、しきい値T以上の関連度の遺伝子間相互作用Iを検出するための値である。しきい値Tはユーザにより任意に設定される。後述するように、しきい値Tは段階的に低下させて調節できるため、初期値は関連度Rの最大値Tmaxに設定するのが好ましい。
また、しきい値調節部702は、しきい値Tが段階的に低くなるように調節する。低下量ΔTはユーザにより任意に設定することができる。ΔTの値は、自由に設定可能であるが、たとえば、ΔT=0.01とすることができる。しきい値Tの調節タイミングについては後述する。
検出部703は、関連度Rがしきい値T以上である遺伝子間相互作用Ijkを、遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用Iの中から検出する。具体的には、遺伝子間相互作用Iのうち、いずれかの疾患Dkとの関連度Rjkがしきい値T以上である遺伝子間相互作用Ijを関連度DB400から検出する。
たとえば、図4において、しきい値T=0.30とすると、0.30以上の関連度Rは、節1−1(疾患D1)の列では2行(関連度R=0.30)、節2−1(疾患D3)の列では1行(関連度R=0.31)あり、それらに対応する遺伝子間相互作用として、(遺伝子G1,遺伝子G3)、(遺伝子G2,遺伝子G3),(遺伝子G3,遺伝子G5)の3組が検出される。
なお、遺伝子間相互作用Iのうち、いずれかの疾患Dkとの関連度Rjkがしきい値T以上である遺伝子間相互作用Ijを関連度DB400から検出されなかった場合、しきい値調節部702は、しきい値Tを所定量ΔT低下させる。したがって、検出部703は、所定量ΔT低下されたしきい値Tが検出部703による検出基準となる。このように、しきい値Tを段階的に低下させることにより、いずれかの疾患との関連度がしきい値T以上である遺伝子間相互作用が少なくとも1つは見つかることとなる。
また、部分ネットワーク生成部704は、疾患Dkと検出部703によって検出された遺伝子間相互作用Ijとの関連度Rjkに基づいて、部分ネットワーク集合510を疾患Dkごとに生成する。ここで、部分ネットワーク生成の具体例について説明する。図8は、入力部502によって入力された遺伝子間相互作用ネットワークの一例を示す説明図であり、図9は、部分ネットワーク生成部704による生成処理を示す説明図である。
図8において、遺伝子間相互作用ネットワーク800は、遺伝子Gx(x=1〜5)を特定するノードNxと、ノードNx,Ny(y=1〜5、y≠x)間を連結するエッジExyにより構成されている。遺伝子間相互作用ネットワーク800は、実際には図21に示した遺伝子間相互作用ネットワーク2100のように多数のノードとエッジにより複雑化されているが、ここでは、便宜上、遺伝子間相互作用ネットワーク800のノード数を5個、エッジ数を7本として、簡略化している。
また、図9では、上段は関連度DB400の記憶内容、中段は検出部703による検出結果、下段は生成された部分ネットワーク901〜903を示している。具体的には、関連度Rのしきい値Tを、たとえば、T=0.27とした場合、しきい値T以上の関連度Rjkは、図9の上段に示したハッチングされていない関連度Rjkである。
また、図9の中段において、左側の遺伝子間相互作用ネットワーク800は、節1−1の疾患に関する遺伝子間相互作用の検出結果を示している。点線で囲まれたノードおよびエッジが検出された遺伝子間相互作用である。また、中央の遺伝子間相互作用ネットワーク800は、節1−2の疾患に関する遺伝子間相互作用の検出結果を示している。点線で囲まれたノードおよびエッジが検出された遺伝子間相互作用である。また、右側の遺伝子間相互作用ネットワーク800は、節2−1の疾患に関する遺伝子間相互作用の検出結果を示している。点線で囲まれたノードおよびエッジが検出された遺伝子間相互作用である。
そして、図9の下段に示したように、中段において点線で囲まれた遺伝子間相互作用を構成するノードおよびエッジが、節(疾患)ごとの部分ネットワーク901〜903として得られる。
また、図7において、第1の制約条件設定部705は、第1の制約条件を設定する。第1の制約条件とは、生成される部分ネットワークの大きさまたは複雑さに関する制約条件である。部分ネットワークの大きさに関する制約条件とは、部分ネットワークの大きさを所定範囲内に制限する条件であり、具体的には、たとえば、各部分ネットワークに含めるべき遺伝子をあらわすノードの数または異なり数の範囲などがあげられる。
また、部分ネットワークの複雑さに関する制約条件とは、部分ネットワークの複雑さを所定レベルに制限する条件であり、具体的には、たとえば、各部分ネットワークに含めるべき遺伝子間相互作用をあらわすエッジの数または異なり数(あるいは遺伝子をあらわすノードの異なり数に対する遺伝子間相互作用をあらわすエッジの異なり数の比率でもよい)の範囲などがあげられる。
また、部分ネットワーク抽出部706は、部分ネットワーク集合510の中から、第1の制約条件を満足する部分ネットワークを抽出する。たとえば、第1の制約条件を『ノード数3以下』とした場合、部分ネットワーク集合510の中からノード数3以下の部分ネットワークが抽出される。
この第1の制約条件設定部705および部分ネットワーク抽出部706によれば、分析対象の候補となる部分ネットワークの大きさや複雑さの制御が可能になるので、たとえば、小規模で単純な構造の部分ネットワークを単位に分析できるようになる。
また、和集合ネットワーク生成部707は、部分ネットワークを纏めることにより、和集合ネットワークを生成する。和集合ネットワークの生成元となる部分ネットワークは、部分ネットワーク生成部704によって生成された部分ネットワークでもよく、また、部分ネットワーク抽出部706によって抽出された部分ネットワークのいずれであってもよい。また、和集合ネットワークとは、生成元となる部分ネットワークをすべて包含するネットワークである。生成元となるいずれの部分ネットワークにも含まれていないノードおよびエッジは含まれない。
図10は、和集合ネットワークの生成例を示す説明図である。ここでは、図9で生成された部分ネットワーク901〜903を用いて説明する。和集合をとる場合、各部分ネットワーク901〜903を構成するノードNxとエッジExyにより和集合ネットワーク1000を構成する。和集合ネットワーク1000は、ノードN1〜N5と、エッジE12,E13,E23,E35,E45とからなるネットワークである。
また、図7において、被覆度算出部708は、和集合ネットワーク生成部707によって生成された和集合ネットワークが遺伝子間相互作用ネットワークにどの程度包含されているかを示す被覆度を算出する。具体的には、被覆度は、以下の式(1)または式(2)によってあらわすことができる。
C=Me1/Me0・・・(1)
C=Mn1/Mn0・・・(2)
ただし、Cは被覆度、Me1は和集合ネットワークのエッジ数、Me0は遺伝子間相互作用ネットワークのエッジ数、Mn1は和集合ネットワークのノード数、Mn0は遺伝子間相互作用ネットワークのノード数である。ノード数を用いるかエッジ数を用いるかはユーザが設定することになるが、生体イベントにおける遺伝子の役割を推定するための分析などを想定すると、遺伝子の役割は相互作用相手に依存することが考えられるので、遺伝子間相互作用を単位に計算することに相当するエッジ数による被覆度(1)の方が好ましいと考えられる。
図10に示した例において、エッジ数により被覆度Cを算出する場合、和集合ネットワーク1000のエッジ数は5本、遺伝子間相互作用ネットワーク800のエッジ数は7本であるため、被覆度Cは5/7となる。
また、第2の制約条件設定部709は、分析対象の網羅性に関する制約条件を設定する。分析対象の網羅性に関する制約条件とは、複数の部分ネットワークが全体として含むべき相互作用をあらわすエッジ数を制限する条件である。たとえば、上述した被覆度のしきい値となる指定被覆度Ctを設定する。この制約条件は、ユーザにより設定される。和集合ネットワークの全体としての網羅性を高くしたい場合は、指定被覆度Ctの値を高くしておけばよい。
また、被覆度判定部710は、被覆度算出部708によって算出された被覆度Cが、第2の制約条件設定部709によって設定された制約条件を満足するか否かを判定する。具体的には、たとえば、算出された被覆度Cが指定被覆度Ct以上であるか否かを判定する。被覆度Cが指定被覆度Ct以上である場合、被覆度Cの算出元となる部分ネットワーク集合510は、全体として網羅性が高くなる。
したがって、網羅性を高くしたいというユーザの要求を満たしていることとなる。この場合、部分ネットワーク生成部704から、被覆度Cの算出元となる部分ネットワーク集合510が出力されることとなる。反対に、被覆度Cが指定被覆度Ctより低い場合、被覆度Cの算出元となる複数の部分ネットワークは、全体として網羅性が低くなり、ユーザの要求を満たしていないこととなる。
この場合、しきい値調節部702は、しきい値Tを所定量ΔT低下させる。ΔTを低下させた場合、検出部703は、いずれかの疾患Dkとの関連度RjkがΔT低下後の所定のしきい値T以上である遺伝子間相互作用Ijを関連度DB400から検出する。これにより、検出される遺伝子間相互作用が増加することとなり、部分ネットワーク生成部704において生成される部分ネットワークが大きくなる。したがって、和集合ネットワークも大きくなり、今回算出される被覆度Cは、前回算出された被覆度Cよりも大きい値となる。
このように、しきい値Tを段階的に低下させることにより、出力される部分ネットワークが全体として含む相互作用の数も制御できるので、たとえば、出力された部分ネットワークを全て分析すれば、元の遺伝子間相互作用ネットワークに含まれる過半数の相互作用を網羅的に分析できることを保障して欲しいといったユーザの要望に応えることができる。
このように、生成処理部503では、可能な限り、遺伝子間相互作用ネットワーク800,2100を生体イベント(疾患)ごとに分割する際、部分ネットワークの大きさを適度な大きさにし、かつ遺伝子間相互作用ネットワーク800,2100に対する部分ネットワークの網羅性を高くすることができる。
網羅性が高いと和集合ネットワーク1000のノード数やエッジ数が多くなり和集合ネットワーク1000の遺伝子間相互作用が複雑化するが、遺伝子間相互作用ネットワーク800は生体イベントごとに生成されるため、分析に最低限必要な適度な大きさの部分ネットワーク901〜903を得ることができる。
(選別処理部504の機能的構成)
つぎに、上述した選別処理部504の詳細な機能的構成について説明する。図11は、選別処理部504の詳細な機能的構成を示すブロック図である。図11において、選別処理部504は、取得基準エッジ数設定部1101と、エッジ数調節部1102と、部分ネットワーク取得部1103と、重複度算出部1104と、選別基準エッジ数設定部1105と、選別部1106と、から構成されている。
まず、取得基準エッジ数設定部1101は、部分ネットワーク取得部1103による部分ネットワークの取得基準となるエッジ数Neを設定する。エッジ数Neの初期値は、たとえば、部分ネットワーク集合510のエッジ数のうち最大のエッジ数Nmaxを用いる。
エッジ数調節部1102は、取得基準エッジ数設定部1101によって設定された取得基準エッジ数が段階的に低くなるように調節する。具体的には、エッジ数を所定量(たとえば1)ずつ低下させる。エッジ数Neの部分ネットワークが部分ネットワーク集合510にない場合、エッジ数Neを低下させる。エッジ数調節部1102による調節タイミングについては後述する。
部分ネットワーク取得部1103は、取得基準エッジ数設定部1101によって設定された取得基準エッジ数Neの部分ネットワークを部分ネットワーク集合510から取得する。エッジ数Neの部分ネットワークが部分ネットワーク集合510にない場合、エッジ数調節部1102はエッジ数Neを低下させる。
この場合、部分ネットワーク取得部1103は、エッジ数調節部1102による調節後のエッジ数Neの部分ネットワークを部分ネットワーク集合510から取得することとなる。なお、取得可能な部分ネットワークが部分ネットワーク集合510内に存在しない場合、取得処理が終了する。
また、重複度算出部1104は、部分ネットワーク取得部1103によって取得されたエッジ数Neの部分ネットワーク(以下、「取得部分ネットワーク」と称す)と、これまでに選ばれた分析対象となる選択部分ネットワークの集合(以下、「分析対象部分ネットワーク集合」と称す)Sとの重複度を算出する。具体的には、取得部分ネットワークが、分析対象部分ネットワーク集合Sと共通するエッジの数(共通エッジ数Nc)を重複度として算出する。
また、選別基準エッジ数設定部1105は、選別部1106による部分ネットワーク集合510を選別する基準となる選別基準エッジ数Ncu(Ncu≧1)を設定する。選別基準エッジ数Ncuはユーザの指定により設定される。選別基準エッジ数Ncuは、部分ネットワーク取得部1103によって取得された部分ネットワークと、選別部1106により選別された分析対象部分ネットワーク集合Sとの共通エッジ数Ncの上限値である。
また、選別部1106は、部分ネットワーク間の重複度に基づいて、部分ネットワーク集合510を分析対象部分ネットワークと非分析対象部分ネットワークとに選別する。具体的には、重複度算出部1104によって算出された重複度を示す共通エッジ数Ncと選別基準エッジ数Ncuとに基づいて、取得部分ネットワークを、分析対象部分ネットワークまたは非分析対象部分ネットワークに選別する。
選別部1106は、共通エッジ数Ncとその上限値である選別基準エッジ数Ncuとを比較して、Nc>Ncuでない場合に、抽出部分ネットワークをあらたな選択部分ネットワークに決定して、分析対象部分ネットワーク集合Sに追加する。なお、分析対象部分ネットワーク集合Sが空集合(S=Φ)、すなわち、分析対象部分ネットワークが1つも存在しない場合は、Nc=0となるため、取得部分ネットワークは分析対象部分ネットワークに決定され、分析対象部分ネットワーク集合Sに追加される。
ここで、分析対象部分ネットワークが存在する場合の共通エッジ数Ncについて具体的に説明する。図12は、選別部1106による部分ネットワークの選別処理を示す説明図である。図12において、部分ネットワーク1201〜1203は、生成処理部503によって最終的に得られた部分ネットワークとする。
部分ネットワーク1201は疾患説明文書200の節1−1(疾患D1)に関する部分ネットワークであり、部分ネットワーク1202は疾患説明文書200の節1−2(疾患D2)に関する部分ネットワークであり、部分ネットワーク1203は疾患説明文書200の節2−1(疾患D3)に関する部分ネットワークである。
図12において、部分ネットワーク1201を選択部分ネットワーク,部分ネットワーク1202を抽出部分ネットワークとした場合、エッジE12,E13,E23が共通のエッジ(図12中、太線で表示)である。したがって、部分ネットワーク1201,1202の共通エッジ数Ncは3本となる。
このように、最終的に分析対象部分ネットワーク集合Sに存在する部分ネットワークが、出力処理部505により出力される。図12の例では、まず、エッジ数Neが最大(4本)である部分ネットワーク1201を部分ネットワーク集合510から抽出する。この時点では分析対象部分ネットワークは存在しないため、エッジ数Neが最大(4本)である部分ネットワーク1201が分析対象部分ネットワークに決定され、分析対象部分ネットワーク集合Sに追加される。
エッジ数Neが最大の部分ネットワーク1201を無条件で分析対象部分ネットワークに決定することで、エッジ数Neが同数以下でかつ部分ネットワーク1201との共通エッジ数Ncu以上の部分ネットワークの遺伝子間相互作用を網羅することができる。
つぎに、部分ネットワーク取得部1103により、エッジ数Ne=3の部分ネットワーク1202が部分ネットワーク集合510から取得される。なお、部分ネットワーク1203もエッジ数Ne=3であるが、同数のエッジ数Neの部分ネットワークが複数存在する場合は、いずれの部分ネットワークを取得してもよい。
ここでは、部分ネットワーク1202を先に取得することとし、分析対象部分ネットワーク集合S内の部分ネットワーク1201との共通エッジ数Ncを重複度算出部1104により算出する。この場合、図12に示したように、共通エッジ数Nc=3となる。ここで、上限値NcuがNcu=2である場合、Nc>Ncuを満たすため、部分ネットワーク1202は分析対象部分ネットワークに決定されない。
すなわち、部分ネットワーク1202の遺伝子間相互作用を特定するノードN1〜N3およびエッジE12,E13,E23は、部分ネットワーク1201に含まれているため、分析対象から外すことができる。したがって、分析対象となる分析対象部分ネットワークの重複を抑制することができ、分析の効率化を図ることができる。
最後に、部分ネットワーク取得部1103により、エッジ数Ne=3の部分ネットワーク1203が部分ネットワーク集合510から抽出される。部分ネットワーク1203と部分ネットワーク1201との共通エッジ数NcはNc=0であるため、部分ネットワーク1203はあらたな分析対象部分ネットワークとして、分析対象部分ネットワーク集合Sに追加される。これにより、部分ネットワーク1201,1203が分析対象部分ネットワークとして選ばれることとなる。
(分析対象部分ネットワークの表示例)
図13および図14は、分析対象部分ネットワークの表示例を示す説明図である。図13において、表示画面1300の左ペイン1301には、各分析対象部分ネットワークの詳細情報1311が表示されている。詳細情報1311とは、具体的には、たとえば、疾患D1〜D9ごとの分析対象部分ネットワークのノード数、エッジ数、および累積被覆率である。
各疾患D1〜D9は、図1に示したキーボード110やマウス111により指定可能である。この詳細情報1311をユーザが見ることにより、分析したい疾患の分析対象部分ネットワークの指定を促すことができる。ここで、たとえば、ユーザが疾患D3を指定した場合、右ペイン1302には、指定された疾患D3に関する部分ネットワークを示すネットワーク図1312が表示される。
図14は、詳細情報1311とは異なる詳細情報1411を表示している。詳細情報1411としては、図2に示した疾患説明文書200の知識体系のツリー1412が表示され、ツリー1412の末端に疾患D1〜D9が表示されている。
この図14の場合も、図13と同様、各疾患D1〜D9は、図1に示したキーボード110やマウス111により指定可能である。この詳細情報1411をユーザが見ることにより、分析したい疾患の分析対象部分ネットワークの指定を促すことができる。ここで、たとえば、ユーザが疾患D3を指定した場合、右ペイン1302には、指定された疾患D3に関する部分ネットワークを示すネットワーク図1312が表示される。
(類似度算出処理手順)
つぎに、この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置500の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援処理手順の説明に先立って、図5に示した関連度算出部501による関連度算出処理手順について説明する。図15は、図5に示した関連度算出部501による関連度算出処理手順を示すフローチャートである。
まず、図2に示した疾患説明文書200を取得し(ステップS1501)、医学文献DB300から電子文献A1〜Anを抽出する(ステップS1502)。そして、類似度算出部511により、疾患Dkを特定する疾患説明文書200の説明箇所200−kと各電子文献Aiとの類似度を算出する(ステップS1503)。そして、関連度設定部512により遺伝子間相互作用Ijと疾患Dkとの関連度Rjkを設定する(ステップS1504)。
そして、設定された関連度Rjkを関連度DB400に保持する(ステップS1505)。このあと、疾患説明文書200中未処理の説明箇所があるか否かを判断し(ステップS1506)、未処理の説明箇所がある場合(ステップS1506:Yes)、ステップS1503に戻って、未処理の説明箇所と各電子文献Aiとの類似度を算出する。一方、未処理の説明箇所がない場合(ステップS1506:No)、一連の処理を終了する。これにより、関連度DB400を自動的に構築することができる。
(遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援処理手順)
つぎに、この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置500の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援処理手順について説明する。図16は、この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置500の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援処理手順を示すフローチャートである。図16において、まず初期設定をおこなう(ステップS1601)。
この初期設定では、関連度Rのしきい値Tとその低下量ΔT、合成ネットワークの合成元となる部分ネットワークのノード数またはエッジ数(所定数Na)、指定被覆度Ct、共通エッジ数Ncの上限値Ncuなどを設定する。なお、関連度Rのしきい値Tは関連度Rの上限値に設定する。
つぎに、生成処理部503により部分ネットワーク生成処理を実行し(ステップS1602)、選別処理部504により部分ネットワーク選別処理を実行する(ステップS1603)。そして、出力処理部505により、分析対象部分ネットワークの表示処理を実行することで(ステップS1604)、図13または図14に示したように分析対象部分ネットワークの詳細情報1311,1411やネットワーク図1312を表示することができる。
(部分ネットワーク生成処理手順)
つぎに、上述した部分ネットワーク生成処理手順について説明する。図17は、部分ネットワーク生成処理手順を示すフローチャートである。図17において、まず、関連度Rjkのしきい値TをTmaxとする(ステップS1701)。ここでは、関連度Rjkの上限値はRjk=1であるため、T=1となる。
つぎに、関連度DB400の中に、いずれかの疾患Dkとの関連度Rjkがしきい値T以上である遺伝子間相互作用Ijがあるか否かを判断し(ステップS1702)、ない場合には(ステップS1702:No)、しきい値TをΔT低下させ(ステップS1703)、ステップS1702に戻る。
一方、関連度DB400の中に該当する遺伝子間相互作用Ijがある場合(ステップS1702:Yes)、関連度DB400からその遺伝子間相互作用Ij(を特定する遺伝子の組み合わせ)を全て検出する(ステップS1704)。
そして、疾患ごとに遺伝子間相互作用ネットワーク800を分割し、部分ネットワーク901〜903を生成する(ステップS1705)。つぎに、和集合ネットワーク生成部707により、この部分ネットワーク901〜903の中からノード数(またはエッジ数)が所定数Naの部分ネットワークを抽出し(ステップS1706)、和集合ネットワーク1000を生成する(ステップS1707)。そして、被覆度算出部708により和集合ネットワーク1000の被覆度を算出する(ステップS1708)。
このあと、被覆度判定部710によりC≧Ctか否かを判定し(ステップS1709)、C≧Ctでなければ(ステップS1709:No)、ステップS1703に戻る。このループにより、しきい値Tが低下するため、ステップS1704での遺伝子間相互作用の検出数が増加する。これにより、ステップS1707の和集合ネットワークを低下量ΔTにしたがって徐々に大きくすることができ、部分ネットワーク集合510の遺伝子間相互作用ネットワーク800に対する網羅性を高めることができる。
一方、C≧Ctである場合(ステップS1709:Yes)、部分ネットワーク901〜903を保持する(ステップS1710)。このあと、部分ネットワーク選別処理(ステップS1603)に移行する。
(部分ネットワーク選別処理手順)
つぎに、部分ネットワーク選別処理手順について説明する。図18は、部分ネットワーク選別処理手順を示すフローチャートである。図18において、取得基準エッジ数Neを部分ネットワーク集合510内の部分ネットワークのエッジ数のうち最大のエッジ数(Ne=Nmax)に設定する。なお、初期段階では、分析対象部分ネットワーク集合Sは空集合(S=Φ)である(ステップS1801)。
ステップS1802において、部分ネットワーク取得部1103により、エッジ数Neの部分ネットワークが部分ネットワーク集合510にあるか否かを判断し、部分ネットワーク集合510にある場合(ステップS1802:Yes)、エッジ数Neの部分ネットワークを取得する(ステップS1803)。そして、重複度算出部1104により、抽出部分ネットワークと分析対象部分ネットワーク集合S内の部分ネットワークとの共通エッジ数Ncを算出する(ステップS1804)。初期段階では、S=Φなので、共通エッジ数Nc=0となる。
そして、Nc>Ncuであるか否かを判断する(ステップS1805)。Nc>Ncuでない場合(ステップS1805:No)、抽出部分ネットワークを分析対象部分ネットワーク集合Sに追加して(ステップS1806)、ステップS1802に戻る。一方、Nc>Ncuである場合(ステップS1805:Yes)、抽出部分ネットワークを分析対象部分ネットワーク集合Sに追加することなく、ステップS1802に戻る。
また、ステップS1802において、エッジ数Neの部分ネットワークがない場合(ステップS1802:No)、エッジ数Neが部分ネットワーク集合510の部分ネットワークのエッジ数のうち最小のエッジ数Nminであるか否かを判断する(ステップS1807)。
Ne=Nminでない場合(ステップS1807:No)、エッジ数Neをデクリメントし(ステップS1808)、ステップS1802に戻る。一方、Ne=Nminである場合(ステップS1807:Yes)、分析対象部分ネットワーク集合Sを保持する(ステップS1809)。このあと、表示処理(ステップS1604)に移行する。
このように、上述した実施の形態によれば、遺伝子間相互作用ネットワーク(800,2100)が、適度な大きさで、かつ、全体としての網羅性の高い、生体イベント(疾患等)ごとの部分ネットワークに分割される。
これにより、ユーザは、比較的少数個の分析しやすい大きさの部分ネットワークの中から、着目すべき疾患との関係も踏まえて、優先的に分析すべき部分ネットワークを選択することができる。したがって、発現に変化の見られた遺伝子群について、考えられる多数の遺伝子間相互作用の中から、着目すべき相互作用を容易に選別できるようになる。
なお、上述した出力処理部505による表示処理(ステップS1604)では、図13または図14に示した表示内容としたが、他の表示形態でもよい。図19は、分析対象部分ネットワークの他の表示例を示す説明図である。図19において、左ペイン1301の詳細情報1311から、たとえば、疾患D3を指定すると、右上ペイン1903に疾患D3に類似する部分ネットワークの詳細情報1913が表示される。類似部分ネットワークであるか否かの判断は、共通ノード数や共通エッジ数により判断することができる。
また、右上ペイン1903において、疾患D10〜D12の中からたとえば疾患D10を指定した場合、左ペイン1301で指定した疾患D3の部分ネットワークと右上ペイン1903で指定した疾患10の部分ネットワークとの合成ネットワークのネットワーク図1900を、右ペイン1302に表示する。
右ペイン1302のネットワーク図1900においては、疾患別にノードの色を規定したり、共通するノードを同一色とする。同様に、エッジの両端のノードが互いに異なる遺伝子を特定するノードであったり、同一の遺伝子を特定するノードであったり、いずれか一方が共通のノードであったりした場合に、それぞれ異なる色で規定する。これにより、視覚的にわかりやすいように表示することができる。
(表示処理手順)
つぎに、図19に示した表示例の場合の出力処理部505による表示処理手順について説明する。図20は、図19に示した表示例の場合の出力処理部505による表示処理手順を示すフローチャートである。図20において、まず、分析対象部分ネットワークの詳細情報1311を表示し(ステップS2001)、詳細情報1311の中から疾患の指定を待ち受ける(ステップS2002:No)。
疾患(たとえば、疾患D3)の指定が受け付けられた場合(ステップS2002:Yes)、その疾患D3に関する分析対象部分ネットワークのネットワーク図1312(図13を参照。)を表示する(ステップS2003)。
また、指定された疾患D3の部分ネットワークに類似する部分ネットワークの詳細情報1913を表示し(ステップS2004)、その詳細情報1913の中から疾患の指定を待ち受ける(ステップS2005:No)。そして、疾患(たとえば、疾患D10)の指定が受け付けられた場合(ステップS2005:Yes)、疾患D3の部分ネットワークと疾患D10の部分ネットワークとが合成された合成ネットワークのネットワーク図1900を表示する(ステップS2006)。これにより、一連の処理を終了する。
この表示処理によれば、ユーザが分析したい複数の疾患を指定することで、複数の疾患における遺伝子間相互作用を示す合成ネットワーク図を表示することができる。したがって、ユーザが着目したい疾患が複数であっても、適度な大きさでかつ全体の網羅性の高い合成ネットワークを提供することができ、遺伝子間相互作用の分析の容易化を図ることができる。
このように、上述した実施の形態によれば、ユーザは、生体イベントごとに生成された遺伝子間相互作用の部分ネットワークを選んで分析することが可能になる。これにより、たとえば、元の遺伝子間相互作用ネットワークに異なる生体イベントに由来する相互作用が混在している場合でも、特定の生体イベントに関連する部分のみに絞って、効率的に分析できる。
また、上述した実施の形態によれば、生体イベントとの関連度に基づき遺伝子間相互作用を選択する際に、生成すべき個々の部分ネットワークの大きさや複雑度に関する所定の制約と、生成する複数の部分ネットワークが全体として含むべき相互作用の多さに関する所定の制約とを満たすよう、関連度Rのしきい値を自動的に決定し、各生体イベントと関連度Rがそのしきい値以上である遺伝子間相互作用を選択することができる。
この時、部分ネットワークの大きさに関する制約としては、各部分ネットワークに含めるべき遺伝子の異なり数の範囲などを、部分ネットワークの複雑さに関する制約としては、各部分ネットワークに含めるべき遺伝子間相互作用の異なり数(あるいは遺伝子の異なり数に対する遺伝子間相互作用の異なり数の比率)の範囲などを、複数の部分ネットワークが全体として含むべき相互作用の多さに関する制約としては、元の遺伝子ネットワークに含まれる相互作用の異なり数を基準とする割合(被覆度)などを用いればよい。
これにより、分析対象の候補となる部分ネットワークの大きさや複雑さの制御が可能になるので、たとえば、小規模で単純な構造の部分ネットワークを単位に分析できるようになる。また、出力される部分ネットワークが全体として含む相互作用の数も制御できるので、たとえば、出力された部分ネットワークを全て分析すれば、元の遺伝子間相互作用ネットワークに含まれる過半数の相互作用を網羅的に分析できることを保障して欲しいといったユーザの要望に応えることができる。
さらに、上述した実施の形態によれば、各部分ネットワークについて、それより多くの相互作用を含む別の部分ネットワークとの相互作用の重なり(エッジの重複度)を調べ、いずれかの部分ネットワークとの重なりが所定の割合より多い場合に、分析対象から除外することにより、複数の部分ネットワークの中から、相互に異なりが大きい代表的な部分ネットワークを、分析対象部分ネットワークとして選別することができる。
これにより、相互に異なりが大きい代表的な部分ネットワークのみを分析対象とすることが可能になるので、比較的小数個の部分ネットワークのみを分析するだけで、多くの相互作用を分析できることが期待される。
さらに、上述した実施の形態によれば、非分析対象部分ネットワークについても、類似性の高い(含まれる相互作用の異なりが小さい)分析対象部分ネットワークと関連づけて、分析対象部分ネットワークとは別に出力することもできる。
これにより、ユーザが重要性の高い代表的な分析対象部分ネットワークを特定した後で、その分析対象部分ネットワークに類似する部分ネットワークも含めて、より詳細に分析することが可能になる。このように段階的に分析範囲を広げていけば、分析効率を損なうことなく、代表的な分析対象部分ネットワークのみを分析するだけでは見落とされてしまう相互作用(代表的な分析対象部分ネットワークには含まれていない相互作用)も含めて、幅広く遺伝子間相互作用を分析できることが期待される。
以上説明したように、この発明にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置、および遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法によれば、分析しやすい遺伝子間相互作用ネットワークを提供することによりユーザによる分析効率の向上を図ることができる。
なお、本実施の形態で説明した遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、CD−ROM、MO、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。
(付記1)生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度に関するしきい値を設定するしきい値設定工程と、
前記関連度が前記しきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成する部分ネットワーク生成工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記2)前記検出工程(以下、「第1の検出工程」という)によって前記しきい値以上の遺伝子間相互作用が検出されなかった場合、前記しきい値設定工程によって設定されたしきい値が低くなるように調節するしきい値調節工程と、
前記しきい値調節工程によって低く調節されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、前記遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する第2の検出工程と、を前記コンピュータに実行させ、
前記部分ネットワーク生成工程は、
前記第2の検出工程によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成することを特徴とする付記1に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記3)遺伝子または遺伝子間相互作用の数に関する制約条件を設定する制約条件設定工程と、
前記部分ネットワーク生成工程によって生成された部分ネットワークの中から、前記制約条件設定工程によって設定された制約条件を満足する部分ネットワークを抽出する部分ネットワーク抽出工程と、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記1または2に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記4)分析対象の網羅性に関する制約条件を設定する制約条件設定工程と、
前記部分ネットワーク生成工程によって生成された前記生体イベントごとの部分ネットワークを纏めることにより、和集合ネットワークを生成する和集合ネットワーク生成工程と、
前記和集合ネットワーク生成工程によって生成された和集合ネットワークが前記遺伝子間相互作用ネットワークにどの程度包含されているかを示す被覆度を算出する被覆度算出工程と、
前記被覆度算出工程によって算出された被覆度が、前記制約条件設定工程によって設定された分析対象の網羅性に関する制約条件を満足するか否かを判定する被覆度判定工程と、を前記コンピュータに実行させ、
前記しきい値調節工程は、
前記被覆度判定工程によって前記制約条件を満足していないと判定された場合、前記しきい値が低くなるように調節することを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記5)前記部分ネットワーク間の重複度に基づいて、前記部分ネットワークの集合を分析対象部分ネットワークと非分析対象部分ネットワークとに選別する選別工程を前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記1〜4のいずれか一つに記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記6)前記部分ネットワークの取得基準となる取得基準エッジ数を設定する取得基準エッジ数設定工程と、
前記取得基準エッジ数設定工程によって設定された取得基準エッジ数が段階的に低くなるように調節するエッジ数調節工程と、
前記部分ネットワークの集合の中から、前記取得基準エッジ数と同一エッジ数の部分ネットワークを取得する部分ネットワーク取得工程と、
前記部分ネットワーク取得工程によって取得された部分ネットワーク(以下、「取得部分ネットワーク」という)と、前記分析対象部分ネットワークの集合との重複度を算出する重複度算出工程と、を前記コンピュータに実行させ、
前記選別工程は、
前記重複度算出工程によって算出された重複度に基づいて、前記取得部分ネットワークを、前記分析対象部分ネットワークまたは前記非分析対象部分ネットワークに選別することを特徴とする付記5に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記7)前記エッジ数調節工程は、
前記部分ネットワークの中に前記取得基準エッジ数と同一エッジ数の部分ネットワークがない場合、前記取得基準エッジ数を所定数低くし、
前記部分ネットワーク取得工程は、
前記エッジ数調節工程によって所定数低く調節された取得基準エッジ数と同一エッジ数の部分ネットワークを取得することを特徴とする付記6に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記8)前記部分ネットワークの選別基準となる選別基準エッジ数を設定する選別基準エッジ数設定工程を前記コンピュータに実行させ、
前記選別工程は、
前記重複度と前記選別基準エッジ数設定工程によって設定された選別基準エッジ数とに基づいて、前記部分ネットワークを前記分析対象部分ネットワークまたは前記非分析対象部分ネットワークに選別することを特徴とする付記6または7に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記9)前記部分ネットワークを表示画面に表示する表示工程を前記コンピュータに実行させることを特徴とする付記1〜8のいずれか一つに記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記10)前記表示工程は、
前記部分ネットワークのうち一の生体イベントに関する部分ネットワークが指定された場合、前記一の生体イベントに関する部分ネットワークと当該部分ネットワークに類似する部分ネットワークとを合成したネットワークを前記表示画面に表示することを特徴とする付記9に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記11)前記生体イベントの説明に関する電子文書と前記遺伝子間の相互作用を示す電子文献とを用いて、前記生体イベントと前記遺伝子間の相互作用との関連度を設定する関連度設定工程を前記コンピュータに実行させ、
前記検出工程は、
前記関連度設定工程によって設定された関連度が前記しきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークの中から検出することを特徴とする付記1〜10のいずれか一つに記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記12)前記電子文書と前記電子文献とのテキストの類似度を前記電子文献ごとに算出する類似度算出工程を前記コンピュータに実行させ、
前記関連度設定工程は、
前記類似度算出工程によって前記電子文献ごとに算出された類似度に基づいて、前記関連度を設定することを特徴とする付記11に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
(付記13)付記1〜12のいずれか一つに記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラムを記録した前記コンピュータに読み取り可能な記録媒体。
(付記14)生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度に関するしきい値を設定するしきい値設定工程と、
前記関連度が前記しきい値設定工程によって設定されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成する部分ネットワーク生成工程と、
を含んだことを特徴とする遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法。
(付記15)前記検出工程(以下、「第1の検出工程」という)によって前記しきい値以上の遺伝子間相互作用が検出されなかった場合、前記しきい値設定工程によって設定されたしきい値が低くなるように調節するしきい値調節工程と、
前記しきい値調節工程によって所定量低く調節されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、前記遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する第2の検出工程と、を含み、
前記部分ネットワーク生成工程は、
前記第2の検出工程によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成することを特徴とする付記14に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法。
(付記16)生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度に関するしきい値を設定するしきい値設定手段と、
前記関連度が前記しきい値設定手段によって設定されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成する部分ネットワーク生成手段と、
を備えることを特徴とする遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置。
(付記17)前記検出手段によって前記しきい値以上の遺伝子間相互作用が検出されなかった場合、前記しきい値設定手段によって設定されたしきい値が段階的に低くなるように調節するしきい値調節手段を備え、
前記検出手段は、
前記しきい値調節手段によって低く調節されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、前記遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出することを特徴とする付記16に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置。
以上のように、本発明にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム、該プログラムを記録した記録媒体、遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置、および遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法は、遺伝子情報の実験結果の分析に有用であり、特に、遺伝子の発現情報の分析に適している。
この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態にかかる疾患説明文書を示す説明図である。 この発明の実施の形態にかかる医学文献DBの記憶内容を示す説明図である。 この発明の実施の形態にかかる関連度DBの記憶内容を示す説明図である。 この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置の機能的構成を示すブロック図である。 類似度算出部による類似度算出を模式的に示した説明図である。 生成処理部の詳細な機能的構成を示すブロック図である。 入力部によって入力された遺伝子間相互作用ネットワークの一例を示す説明図である。 部分ネットワーク生成部による生成処理を示す説明図である。 和集合ネットワークの生成例を示す説明図である。 選別処理部の詳細な機能的構成を示すブロック図である。 選別部による部分ネットワークの選別処理を示す説明図である。 分析対象部分ネットワークの表示例を示す説明図(その1)である。 分析対象部分ネットワークの表示例を示す説明図(その2)である。 図5に示した関連度算出部による関連度算出処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態にかかる遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援処理手順を示すフローチャートである。 部分ネットワーク生成処理手順を示すフローチャートである。 部分ネットワーク選別処理手順を示すフローチャートである。 分析対象部分ネットワークの他の表示例を示す説明図である。 図19に示した表示例の場合の出力部による表示処理手順を示すフローチャートである。 遺伝子間相互作用ネットワークを示す説明図である。
符号の説明
200 疾患説明文書
300 医学文献データベース
400 関連度データベース
500 遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置
501 関連度算出部
502 入力部
503 生成処理部
504 選別処理部
505 出力処理部
510 部分ネットワーク集合
511 類似度算出部
512 関連度設定部
701 しきい値設定部
702 しきい値調節部
703 検出部
704 部分ネットワーク生成部
705 第1の制約条件設定部
706 部分ネットワーク抽出部
707 和集合ネットワーク生成部
708 被覆度算出部
709 第2の制約条件設定部
710 被覆度判定部
800,2100 遺伝子間相互作用ネットワーク
1101 取得基準エッジ数設定部
1102 エッジ数調節部
1103 部分ネットワーク取得部
1104 重複度算出部
1105 選別基準エッジ数設定部
1106 選別部
Ai 電子文献
C 被覆度
Ct 指定被覆度
R 関連度
S 分析対象部分ネットワーク集合
T しきい値

Claims (5)

  1. 生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度に関するしきい値を設定するしきい値設定工程と、
    前記関連度が前記しきい値設定工程によって設定されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する検出工程と、
    前記検出工程によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成する部分ネットワーク生成工程と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
  2. 前記検出工程(以下、「第1の検出工程」という)によって前記しきい値以上の遺伝子間相互作用が検出されなかった場合、前記しきい値設定工程によって設定されたしきい値が低くなるように調節するしきい値調節工程と、
    前記しきい値調節工程によって低く調節されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、前記遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する第2の検出工程と、を前記コンピュータに実行させ、
    前記部分ネットワーク生成工程は、
    前記第2の検出工程によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成することを特徴とする請求項1に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラム。
  3. 請求項1また2に記載の遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援プログラムを記録した前記コンピュータに読み取り可能な記録媒体。
  4. 生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度に関するしきい値を設定するしきい値設定工程と、
    前記関連度が前記しきい値設定手段によって設定されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する検出工程と、
    前記検出工程によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成する部分ネットワーク生成工程と、
    を含んだことを特徴とする遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援方法。
  5. 生体イベントと遺伝子間相互作用との関連度に関するしきい値を設定するしきい値設定手段と、
    前記関連度が前記しきい値設定手段によって設定されたしきい値以上である遺伝子間相互作用を、遺伝子間相互作用ネットワークを構成する遺伝子間相互作用の中から検出する検出手段と、
    前記検出手段によって検出された遺伝子間相互作用を前記生体イベントごとに纏めることにより、前記生体イベントごとの部分ネットワークを生成する部分ネットワーク生成手段と、
    を備えることを特徴とする遺伝子間相互作用ネットワーク分析支援装置。
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