Discussione finale tesi di Laurea Magistrale in Informatica, Università degli Studi di Catania

1. Universit`a degli Studi di Catania
NetMatch*: una app Cytoscape per la ricerca
di sottostrutture in reti biologiche
Relatore
Prof. Alfredo Pulvirenti
Correlatrice
Prof.ssa Rosalba Giugno
Candidato
Dott. Fabio Rinnone
Corso di Laurea Magistrale in Informatica, 29 settembre 2017

2. Introduzione
NetMatch* `e un’app Cytoscape che consente di ricercare tutte le occorrenze di
una rete query all’interno di una rete target e di verificare la sua significativit`a
rispetto a sette modelli di randomizzazione.
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3. Subgraph matching
Il problema del subgraph matching `e NP-Completo.
Definizione
Un grafo G = (V , E) `e un sottografo isomorfo di G = (V , E ) se
esiste f : V → V tale che (u, v) ∈ E se e solo se (f (u), f (v)) ∈ E .
In altre parole `e possibile rietichettare i vertici di G con i vertici di
G , mantenendo i corrispondenti archi in G.
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4. Subgraph matching
1
2
(a)
1
2 3
(b)
Figura 1: Grafo query Gq (a) e grafo target Gt (b).
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5. Subgraph matching
root
(1,1) (1,2) (1,3)
(2,2) (2,3) (2,1) (2,3) (2,2) (2,3)
Figura 2: Albero di ricerca per la risoluzione del problema del subgraph
matching.
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6. Algoritmo RI
L’efficienza di un algoritmo dipende da:
• euristica adottata per attraversare l’albero di ricerca
• vincoli applicati prima e durante il suo attraversamento
L’algoritmo RI:
• effettua un ordinamento dei vertici di Gq indipendentemente da
Gt (GreatestConstraintFirst)
• individua una strategia di ricerca ottimale
• riduce lo spazio di ricerca applicando opportune condizioni di
isomorfismo
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7. Opzioni
Figura 3: Schede del pannello principale di NetMatch*.
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8. Query approssimate
Figura 4: Query approssimate in NetMatch*.
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9. Output
Figura 5: Output in NetMatch*.
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10. Motifs
?
?
?
(a)
?
? ?
?
(b)
?
?
?
(c)
? ?
? ?
(d)
. . . m . . .
. . . n . . .
? ?
? ?
(e)
Figura 6: Query predefinite di NetMatch*: three-chain (a); bi-parallel (b);
feed-forward loop (c); bi-fan (d); m-to-n-fan (e). 10 of 18
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11. Significativit`a
Modelli di randomizzazione:
• Shuffling
• Erd˝os-R´enyi
• Watts-Strogatz
• Barab´asi-Albert
• Geometrico
• Forest-fire
• Duplicazione
Misure:
• Z-score
• e-value
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12. Risultati
Figura 7: Tempi di esecuzione su reti di interazione proteina-proteina.
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13. Risultati
Figura 8: Tempi di esecuzione su proteine 3D.
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14. Risultati
Figura 9: Tempi di esecuzione su mappe di contatto di proteine.
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15. Risultati
Figura 10: Tempi di esecuzione di RI e RI-DS.
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16. Risultati
Figura 11: Tempi di esecuzione di query approssimate con feed-forward
loop.
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17. Risultati
Figura 12: Tempi di esecuzione della generazione e ricerca nelle reti random.
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18. Bibliografia
Rinnone F., Micale G., Bonnici V. et al.
NetMatchStar: an enhanced Cytoscape network querying app
[version 2; referees: 2 approved].
F1000Research. 2015.
Bonnici V., Giugno R., Pulvirenti A. et al.
A subgraph isomorphism algorithm and its application to
biochemical data.
BMC Bioinformatics. 2013.
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