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유전자 온톨로지를 활용한 클러스터링 성능 향상 기법
Improving Clustering Performance Using Gene Ontology 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.19 no.6, 2009년, pp.802 - 808  

고송 (중앙대학교 컴퓨터공학부) ,  강보영 (경북대학교 기계공학부) ,  김대원 (중앙대학교 컴퓨터공학부)

초록
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마이크로어레이 데이터의 클러스터링 성능을 향상시키기 위하여 유전자 온톨로지(GO)를 활용하는 연구가 최근 진행 중에 있다. 그 중 Biological Process(BP) GO를 활용한 Kustra et al.의 연구가 2006년에 소개된 바 있다. 본 연구는 Kustra et al.의 연구를 확장하여 일반적이고 실질적인 GO의 활용 방안을 위한 분석 결과를 제시하기 위하여 다양한 활용 방법을 적용한다. (1) GO의 거리를 측정하기 위하여 Lin et al, Resnik et al과 Jiang et al의 방법을 적용하였으며, (2) BP를 포함한 세 가지 GO 유형의 구조에 대해 적용하여 각 방법에 따른 성능 향상 정도를 분석한다. 각 방법에 대한 성능 분석 비교를 위하여 효모 유전자를 관측하여 형성한 데이터를 활용한다. 실험 결과를 통하여 GO 정보를 클러스터링에 적용하면 전반적으로 성능 향상을 유도하지만, 활용 방법에 따라서 성능 개선 정도의 차이가 발생한다. 그 중 Resnik의 거리 측정 척도와 BP GO를 활용하였을 때, 가장 개선된 성능을 유도함을 볼 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently many researches have been presented to improve the clustering performance of gene expression data by incorporating Gene Ontology into the process of clustering. In particular, Kustra et al. showed higher performance improvement by exploiting Biological Process Ontology compared to the typic...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 절에서는 GO 구조의 차이에 따라 발생하는 성능 변화를 비교한다. 따라서 데이터와 거리 측정 척도에 따른 모든 결과를 구조별로 평균을 적용함으로써 상대 비교 한다(그림 5).
  • 본 절은 GO의 활용 시 거리 측정 척도에 따른 성능 결과 분석을 다룬다. 각 GO 구조와 유전자 데이터에 따른 모든 결과의 평균치를 적용하여 비교 분석하였다.
  • 따라서 본 논문에서는 Kustra et al.의 연구를 확장하여, 정보량 기반의 유전자간 거리 측정 기법을 활용한 반지도 클러스터링 기법을 제안함으로써 GO에서 유전자간 거리 정보 활용 방법을 위한 일반적이고 실질적인 결과를 제시하고자 한다. 제안된 기법은 (1) 정보량에 기반한 유전자간 거리 측정 기법에 따른 클러스터링 성능 결과를 비교 분석한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
많은 유전자를 동시에 관측해 형성한 마이크로어레이 데이터는 어떤 문제점을 갖기 때문에 분석 성능 향상에 한계점이 있는가? 그러나 수천 개 이상의 유전자를 동시에 관측하여 형성한 마이크로어레이 데이터는 다음과 같은 문제점을 갖기 때문에 분석 성능 향상의 한계점에 직면한다. 첫째, 실험 도구의 흠집 및 먼지 등에 의한 노이즈가 포함될 수 있으며, 둘째, 일부 유전자는 유사한 기능이 지만 유사하지 않은 발현 패턴을 보일 수 있다. 이와 같은 문제로 인하여 클러스터링 방법론의 성능 향상에 한계점으로 작용하게 된다.
GO는 어떤 구조인가? GO는 유전자의 기능 관계에 따라 계층적으로 구성된 의미론적 구조이므로 유전자 기능의 유사도 정도를 거리로 계산하기 위해서 의미론적 거리를 수치적으로 계산할 수 있어야 한다. 이를 위해 정보 이론의 개념인 정보량(Information Contents; IC)을 활용할 수 있다.
GO는 어떻게 구분할 수 있는가? GO는 생명 현상을 보는 관점에 따라 세 가지의 독립적 구조인 Biological Process(BP), Cellular Compon- ent (CC)와 Molecular Function(MF)으로 구분할 수 있다[8]. 각 구조는 가장 일반적인 기능 정보를 최상위 노드에 배치하고 보다 상세한 기능 정보는 상대적으로 하위 노드로 배치하는 계층형 비방향성 그래프 구조를 갖는다.
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참고문헌 (16)

  1. J.Herrero et al. 'A hierarchical unsupervised growing neural network for clustering gene expression patterns,', Bioinformatics, Vol. 17, no. 2, pp. 126-136, 2001 

  2. R. Sharan et al. 'CLICK and EXPANDER : a system for clustering and visualizing gene expression data,', Bioinformatics, Vol. 19, no. 14, pp. 1787-1799, 2003 

  3. RJ. Cho et al. 'A Genome-Wide Transcriptional Analysis of the Mitotic Cell Cycle,', Molecular Cell, Vol. 2, pp. 65-73, 1998 

  4. MB. Eisen et al. 'Cluster analysis and display of genome-wide expression patterns,' Proc Natl Acad Sci, Vol. 95, pp. 14863-14868, 1998 

  5. PT. Spellman et al. 'Comprehensive Identification of Cell Cycle-regulated Genes of the Yeast Saccharomyces cerevisiae by Microarray Hybridization,', Molecular Biological of the Cell, Vol. 9, pp. 3273-3297, 1998 

  6. . Tamayo et al. 'Interpreting patterns of gene expression with self-organizing maps : Methods and application to hematopoietic differentiation,', Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 96, pp. 2907-2912, 1999 

  7. S. Tavazoie et al. 'Systematic determination of genetic network architecture,', Nature Genetics, Vol. 22, pp. 281-285, 1999 

  8. The Gene Ontology Consortium, 'Gene Ontology : tool for the unification of biology,', Nature Genetics, Vol. 25, 2000 

  9. P. Resnik, 'Using Information Content to Evaluate Semantic Similarity in a Taxonomy,', cmp-lg/9511007, 1995 

  10. D. Lin, 'An Information-Theoretic Definition of Similarity,', In Proceedings of the 15th International Conference on Machine Learning, 1998 

  11. JJ. Jiang and DW. Conrath, 'Semantic Similarity Based on Corpus Statistics and Lexical Taxonomy,', ROCLING X, 1997 

  12. D. Dotan-Cohen et al. 'Hierarchical tree snipping : clustering guided by prior knowledge,', Bioinformatics, Vol. 23, no. 24, 3335-3342, 2007 

  13. Z. Fang et al. 'Knowledge guided analysis of microarray data,', Journal of Biomedical Informatics, Vol. 39, pp. 401-411, 2006 

  14. D. Huang and W. Pan, 'Incorporating biological knowledge into distance-based clustering analysis of microarray gene expression data,', Bioinformatics, Vol. 22, no. 10, 1259-1268, 2006 

  15. J. Cheng et al. 'A Knowledge-Based Clustering Algorithm Driven by Gene Ontology,', Journal of Biopharmaceutical Statistics, Vol. 14, no. 3, pp. 687- 700, 2004 

  16. R. Kustra and A. Zagdanski, 'Incorporating Gene Ontology in Clustering Gene Expression Data,', CBMS'06, 2006 

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