Functional integration of a metabolic network model and expression data without arbitrary thresholding

doi:10.1093/bioinformatics/btq702

.2011年2月15日；27(4):541-7.

doi:10.1093/bioinformatics/btq702。 Epub 2010年12月20日。

无需任意阈值的代谢网络模型和表达数据的功能集成

保罗·A·延森¹, 杰森·帕宾

附属公司

PMID： 21172910
预防性维修识别码：项目经理6276961
内政部： 10.1093/生物信息学/btq702

无需任意阈值的代谢网络模型和表达数据的功能集成

保罗·A·延森等。生物信息学. 2011.

.2011年2月15日；27（4）：541-7。

doi:10.1093/bioinformatics/btq702。 Epub 2010年12月20日。

作者

保罗·A·延森¹, 杰森·帕宾

附属

¹美国弗吉尼亚州夏洛茨维尔弗吉尼亚大学生物医学工程系，邮编：22908。

PMID： 21172910
预防性维修识别码：项目经理6276961
内政部： 10.1093/生物信息学/btq702

摘要

动机：通量平衡分析（FBA）已被广泛用于分析基因组规模的、基于约束的各种生物体代谢模型。最近，通过整合代谢基因和蛋白质的高通量表达谱，这些模型的预测准确性得到了提高。然而，FBA的扩展通常需要将这些数据预先离散为“开”或“关”的基因或蛋白质集。此过程需要选择相对主观的表达式阈值，通常需要多次迭代和细化以捕获表达式动态并保留模型功能。

结果：我们提出了一种将表达数据从一组环境、遗传或时间条件映射到代谢网络模型的方法，而不需要任意的表达阈值。差异表达代谢调节（MADE）利用基因或蛋白质表达变化的统计显著性创建功能代谢模型，最准确地再现表达动力学。MADE用于生成一系列模型，反映酿酒酵母从发酵呼吸转变为甘油呼吸过程中的代谢调整。计算出的基因状态与98.7%的可能表达变化相符，由此产生的模型捕捉到了代谢变化的功能特征。

可利用性：MADE是在Matlab中实现的，需要一个混合整数线性程序求解器。源代码可在以下网站免费获得：http://www.bme.virginia.edu/csbl/downloads/。

PubMed免责声明

数字

**图1。**
MADE在原型系统上的结果。(A类)运输便利后基因产物输入，代谢物A通过同工酶转化为B的产品左边或*正确的*在通过移除之前客观反应。(B类)中每个基因的测量表达数据系统和相应的表达变化（-1和1表示减少和分别增加，0表示无显著变化）。(C类)功能集成的挑战。尽管输入表达减少，对于一个正常运行的模型，它必须始终保持“打开”状态。目前尚不清楚表达式数据是否*正确的*应首先在2或4小时表达。(D类)MADE找到复制观察到的表达式更改。结果模型表明，A通过的产品左边在早期。2小时后，流量重新定向通过由*正确的*的产品。

**图2。**
100个随机选择的基因的MADE结果*面包酵母*模型。左边的heatmap表示四个时间点；右边的热图显示了MADE计算的二进制近似值。总的来说，98.7%的可行过渡被正确匹配。

**图3。**
代谢子系统的平均基因表达和通量变异*面包酵母*从葡萄糖基转变为甘油基之后呼吸。所有与子系统。为了进行比较，对二进制表达式应用了相同的方法由MADE计算的状态。通量变化范围是通过反应的最大和最小允许通量，同时保持最优客观价值。这些范围是子系统中反应的平均值，并进行了归一化：“1”表示子系统中反应的最大平均范围；“0'是最小范围。“仅模型”FVA结果使用指定的介质，没有约束基因表达。“带表达式数据的模型”显示流量的变化表达数据与模型整合后每个时间点的变异性由MADE制作。

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