KR102568628B1 - A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation - Google Patents

A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation Download PDF

Info

Publication number
KR102568628B1
KR102568628B1 KR1020200011883A KR20200011883A KR102568628B1 KR 102568628 B1 KR102568628 B1 KR 102568628B1 KR 1020200011883 A KR1020200011883 A KR 1020200011883A KR 20200011883 A KR20200011883 A KR 20200011883A KR 102568628 B1 KR102568628 B1 KR 102568628B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
node
target node
activity
candidate
signaling
Prior art date
Application number
KR1020200011883A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210098104A (en
Inventor
조광현
박상민
황채영
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020200011883A priority Critical patent/KR102568628B1/en
Publication of KR20210098104A publication Critical patent/KR20210098104A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102568628B1 publication Critical patent/KR102568628B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16BBIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B15/00ICT specially adapted for analysing two-dimensional or three-dimensional molecular structures, e.g. structural or functional relations or structure alignment
    • G16B15/30Drug targeting using structural data; Docking or binding prediction
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16BBIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B20/00ICT specially adapted for functional genomics or proteomics, e.g. genotype-phenotype associations
    • G16B20/20Allele or variant detection, e.g. single nucleotide polymorphism [SNP] detection
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16BBIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B35/00ICT specially adapted for in silico combinatorial libraries of nucleic acids, proteins or peptides
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16BBIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
    • G16B50/00ICT programming tools or database systems specially adapted for bioinformatics

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Library & Information Science (AREA)
  • Bioethics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

암 신호전달 네트워크에서 섭동되는 표적노드와 함께 조합되어 섭동되는 조합표적노드를 결정하는 방법을 공개한다. 이 방법은, 표적노드의 섭동 전후의 신호전달 네트워크의 후보노드의 활성도인 제1활성도와 제2활성도 간의 차이값을 기초로 상기 후보노드의 활성변화를 산출하고, 활성변화에 비례하는 스코어를 기초로 상기 후보노드를 상기 표적노드와 함께 섭동하는 조합표적노드로 결정할지 여부를 결정한다. A method for determining a combination target node that is combined and perturbed together with a target node that is perturbed in a cancer signaling network is disclosed. This method calculates the activity change of the candidate node based on the difference between the first activity and the second activity, which are the activities of the candidate node of the signaling network before and after the perturbation of the target node, Based on a score proportional to the activity change It is determined whether to determine the candidate node as a combination target node that perturbs together with the target node.

Description

표적항암제에 대한 암의 내성 기작 분석 및 이를 극복할 수 있는 추가적인 약물 조합 표적 탐색을 위한 네트워크 시뮬레이션 방법{A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation}A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation }

본 발명은 복잡한 네트워크 과학, 시스템 생물학, 네트워크 의학, 시스템 약리학 및 전산 생물학을 포함한 다양한 분야에 연관된 것이다. The present invention is relevant to a variety of fields including complex network science, systems biology, networks medicine, systems pharmacology and computational biology.

본 발명은 컴퓨팅 기술을 이용하여 암 치료를 위한 표적약물의 조합을 결정하는 시뮬레이션에 관한 것이다.The present invention relates to a simulation for determining a combination of target drugs for cancer treatment using computing technology.

본 발명은 발명자가 제시한 새로운 개념들을 이용하여 실시될 수 있다. 따라서 이하, 상술한 새로운 개념들을 설명한다. 이 챕터에서 설명된 내용 중 모든 내용이 종래기술로서 취급되어서는 안 된다.The present invention can be practiced using the new concepts presented by the inventor. Therefore, the new concepts described above will be described below. Not all of the material described in this chapter should be treated as prior art.

표적약물은 발암 유전자(oncogene) 또는 발암 경로(oncogenic pathway)를 직접 억제하여 암을 치료하는 것을 목표로 하지만 예기치 않은 약물 내성이 자주 나타난다. 복잡한 피드백 조절로 구성된 암 신호전달 네트워크의 복잡한 역학으로 인해, 암 세포는 약물 요법에 영향을 미쳐 약물 치료에 적응하여, 표적 요법(targeted therapies)의 근본적인 제한을 초래할 수 있다. Targeted drugs aim to treat cancer by directly inhibiting oncogenes or oncogenic pathways, but unexpected drug resistance often occurs. Due to the complex dynamics of cancer signaling networks composed of complex feedback regulation, cancer cells can influence and adapt to drug therapy, leading to fundamental limitations of targeted therapies.

표적 암 치료(targeted cancer therapy)의 효과는 약물 치료 동안 암 세포에서 빈번하게 나타나는 약물 내성(drug resistance)에 의해 제한된다. 이러한 약물 내성은 종종 복잡한 피드백 조절 관계로 구성된 암 신호전달 네트워크(cancer signaling network)의 복잡한 역학(intricate dynamics)에 의해 발생한다. 예를 들어, BRAF-돌연변이 대장암 세포(BRAF-mutant colorectal cancer cells)에서 BRAF 억제제(inhibitor)의 효과는 다음 단계들을 통해 신호전달 네트워크의 재배선(rewiring)으로부터 나오는 적응 저항(adaptive resistance)에 의해 제한된다: 1) BRAF 및 하류 ERK(downstream ERK)의 억제는 ERK로부터 상류(upstream) 표피 성장 인자 수용체(epidermal growth factor receptor, EGFR)로의 네거티브 피드백을 완화시킨다, 2) 증가된 EGFR 신호전달(signaling)은 ERK의 재활성화(reactivation)를 유도한다. 경로의 다운 스트림에서 업스트림으로의 이러한 네거티브 피드백 구조들은 신호전달 네트워크에서 광범위하게 존재한다. 암 세포들 내의 일부 표준(canonical) 신호전달 경로들을 표적으로 하는 항암 약물에 대한 실험적 관찰은, 일반적으로 신호전달 네트워크 내에서의 동적 재프로그래밍(dynamic reprogramming)이 암 세포들이 약물의 효과를 상쇄(counteracting)함으로써 약물 교란(perturbation)에 적응할 수 있게 한다는 점을 시사한다. 따라서, 이러한 비직관적인(non-intuitive) 적응 저항성을 방지하고 약물의 효능을 향상시키기 위해 조합 표적화(combinatorial targeting)가 요구된다. 추가적인 효과적인 약물 표적을 찾기 위한 통상적인 스크리닝 접근법(screening approaches)은 많은 양의 실험들을 필요로 하지만, 수학적 모델들을 갖는 신호전달 네트워크의 시스템 분석(systems analysis)은 저항 메커니즘을 이해하고 이를 극복하기위한 새로운 표적을 식별하는 더 효율적인 방법을 제공할 수 있다.The effectiveness of targeted cancer therapy is limited by drug resistance, which frequently occurs in cancer cells during drug therapy. Such drug resistance is often caused by the intricate dynamics of a cancer signaling network composed of complex feedback regulatory relationships. For example, the effects of BRAF inhibitors in BRAF-mutant colorectal cancer cells are mediated by adaptive resistance resulting from rewiring of signaling networks through the following steps: 1) inhibition of BRAF and downstream ERK mitigates negative feedback from ERK to upstream epidermal growth factor receptor (EGFR), 2) increased EGFR signaling ) induces the reactivation of ERK. These negative feedback structures from downstream to upstream of the path are widespread in signaling networks. Experimental observations of anti-cancer drugs targeting some canonical signaling pathways in cancer cells show that, in general, dynamic reprogramming within the signaling network causes cancer cells to counteract the drug's effect. ), suggesting that it allows adaptation to drug perturbation. Therefore, combinatorial targeting is required to prevent such non-intuitive adaptive resistance and improve drug efficacy. Conventional screening approaches to find additional effective drug targets require a large amount of experiments, but systems analysis of signaling networks with mathematical models is a new way to understand resistance mechanisms and overcome them. It can provide a more efficient way to identify targets.

상술한 내용은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서 제공한 것이다. 상술한 내용에는 본 발명의 발명자가 알고 있는 내용으로서 본 특허출원의 출원일 이전에 불특정인에게 공개되지 않은 내용이 포함되어 있을 수 있다. 따라서 상술한 내용 모두가 당연히 이미 공개된 기술인 것으로 간주하여서는 안된다.The foregoing information is provided as background technology to aid understanding of the present invention. The above contents may include contents that are known to the inventor of the present invention and have not been disclosed to unspecified persons prior to the filing date of the present patent application. Therefore, all of the above should not be considered as a matter of course that has already been disclosed.

종래의 시뮬레이션 접근법이 신호 전달 네트워크에서 적응 저항을 야기하는 피드백 조절의 역학을 적절히 포착하는데 한계가 있다. 따라서 본 발명에서는 피드백 조절에 의한 적응 저항을 극복할 수 있는 표적노드의 조합 정보를 결정하는 기술을 제공하고자 한다. Conventional simulation approaches have limitations in adequately capturing the dynamics of feedback regulation that causes adaptive resistance in signaling networks. Therefore, the present invention intends to provide a technique for determining combination information of a target node capable of overcoming adaptation resistance due to feedback control.

본 발명에 따르면 피드백 조절(feedback regulation)의 네트워크 분석을 개발하고 적응 저항을 극복하기 위해 중요한 조합 목표(critical combination target)를 식별할 수 있다. According to the present invention, it is possible to develop a network analysis of feedback regulation and identify critical combination targets to overcome adaptive resistance.

상술한 문제에 따른 한계를 극복할 수 있는 조합 약물 표적(combinatorial drug target)을 식별하기 위해, 본 발명에서는 부울리언 네트워크 시뮬레이션 및 분석 프레임 워크를 제안한다. 이것은 통합된 게놈 정보를 기반으로 하는 대장암의 대규모 신호전달 네트워크에 적용될 수 있다. In order to identify a combinatorial drug target that can overcome the limitations due to the above problems, the present invention proposes a Boolean network simulation and analysis framework. This can be applied to large-scale signaling networks in colorectal cancer based on integrated genomic information.

상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 피드백 조절(feedback regulation)의 결과로서 표적 분자들(targeted molecules)의 부분적으로 억제된 상태를 나타냄으로써 약물에 대한 적응 저항의 상세한 메커니즘을 분석 할 수 있는 확률적 부울리언 시뮬레이션 프레임워크(probabilistic Boolean simulation framework)를 제안한다. 그 다음, 본 발명에서는 이 프레임 워크를 사용하여 광범위한(extensive) 피드백 조절과 경로 간 누화(crosstalks, 크로스톡)를 포함하는 대장암의 재구성된 대규모 신호 네트워크(reconstructed large-scale signaling network)를 조사할 수 있다. In order to solve the above problems, in the present invention, the probability that the detailed mechanism of adaptive resistance to drugs can be analyzed by indicating a partially suppressed state of targeted molecules as a result of feedback regulation We propose a probabilistic Boolean simulation framework. Next, the present invention uses this framework to investigate the reconstructed large-scale signaling network of colorectal cancer, including extensive feedback regulation and crosstalks between pathways. can

<신호전달 네트워크 / 유향부호링크 / 활성도><Signaling Network / Directed Code Link / Activity>

도 17은 본 발명에서 다루는 신호전달 네트워크에서의 생화학 반응(biochemical reaction) 및 유향부호링크(directed signed link)의 개념에 대하여 나타낸 것이다.17 illustrates the concept of a biochemical reaction and directed signed link in a signal transduction network dealt with in the present invention.

본 명세서에서, '신호전달 네트워크'는 다양한 신호전달분자 간의 상호작용으로 구성된 네트워크를 의미한다. 한 개의 신호전달 네트워크에는 복수 개의 링크들이 포함될 수 있다. 이때, 각각의 링크는 방향성이 있는 상기 유향부호링크일 수 있다. 따라서 상기 신호전달 네트워크 내에서 선택된 두 개의 노드(=신호전달분자)는 유향부호링크로 연결될 수 있다. 도 18은 복잡한 신호전달 네트워크의 구조의 예를 도식화하여 제시한 것이다.In the present specification, a 'signal transduction network' refers to a network composed of interactions between various signal transduction molecules. A plurality of links may be included in one signaling network. In this case, each link may be the directed code link having directionality. Therefore, two nodes (=signaling molecules) selected in the signaling network can be connected by a directed code link. 18 schematically shows an example of a structure of a complex signaling network.

세포 외부에서 특정 단백질이나 화합물이 세포막수용체(receptor)에 결합하거나 세포 내부에서 유전자 돌연변이나 약물에 의해 특정 신호전달분자의 기능이 영향을 받는 경우, 일련의 생화학 반응이 일어나면서 결과적으로 세포의 중요한 생리적 기능이 변하게 된다. 이때 발생하는 일련의 생화학 반응을 신호전달(signal transduction, signaling)이라고 지칭할 수 있다. When a specific protein or compound binds to a cell membrane receptor outside the cell or when the function of a specific signaling molecule is affected by a gene mutation or drug inside the cell, a series of biochemical reactions occur, resulting in important physiological effects of the cell. function will change. A series of biochemical reactions occurring at this time may be referred to as signal transduction (signaling).

도 17에 나타낸 생화학 반응은 단순히 인산기 결합 촉매에 의한 단백질의 활성화이지만, 이와 같은 생화학 반응이 연쇄적으로 일어나 세포의 중요한 기능이 변화되는 경우 이를 '신호전달'의 관점에서 해석할 수 있다. 즉, 활성화 된 단백질A가 단백질B에게 '신호를 전달한다'라고 볼 수 있으며 이를 도 17의 우측에 나타낸 바와 같이 개념적으로 추상화하여 '유향부호링크'로 나타낼 수 있다. The biochemical reaction shown in FIG. 17 is simply activation of a protein by a phosphate group coupling catalyst, but when such biochemical reactions occur sequentially and change important functions of the cell, it can be interpreted in terms of 'signal transduction'. That is, it can be seen that the activated protein A 'transmits a signal' to protein B, and as shown on the right side of FIG. 17, it can be conceptually abstracted and expressed as a 'directed coded link'.

생화학 반응에서는 비활성화형도 함께 나타내지만 (e.g., 인산기 P가 붙지 않은 단백질B) 유향부호링크에서는 주로 활성화형만 나타내게 된다. 신호전달에 관련된 수많은 생화학 반응은 유향부호링크의 형태로 정리하여 통합할 수 있으며, 그 결과로서 도 18에 나타낸 것과 같은 복잡한 신호전달 네트워크의 구조를 얻을 수 있다. In biochemical reactions, the inactive form is also shown (e.g., protein B without a phosphate group attached), but only the active form is mainly shown in directed coded links. Numerous biochemical reactions related to signal transduction can be organized and integrated in the form of directed coded links, and as a result, a complex signal transduction network structure as shown in FIG. 18 can be obtained.

본 발명의 일 양상에서 신호전달의 기본적인 형태는, 활성화 된 신호전달분자가 다른 신호전달분자를 활성화시키는 생화학 반응이다. 예를 들어, 단백질A 및 단백질B를 각각 상술한 신호전달분자의 예로 삼을 수 있다. 이때, 도 17의 좌측에 나타낸 바와 같이, 활성화 된 단백질A는 ATP를 이용하여 단백질B에 인산기(phosphate group)가 결합하는 반응을 촉매함으로써 단백질B를 활성화 시킨다. 따라서 보통, 단백질B의 활성도는 활성화 된 단백질B (e.g., 단백질B의 인산화 형; phosphorylated form of protein B)의 농도로서 측정할 수 있다. 이와 같이 활성화 된 단백질은 다른 단백질의 활성화를 촉매하거나 세포핵으로 들어가 세포 생리에 중요한 유전자들의 발현을 활성화시키게 된다.In one aspect of the present invention, the basic form of signal transduction is a biochemical reaction in which an activated signaling molecule activates another signaling molecule. For example, protein A and protein B can each be taken as examples of the above-described signaling molecules. At this time, as shown on the left side of FIG. 17, the activated protein A catalyzes a reaction in which a phosphate group binds to protein B using ATP, thereby activating protein B. Therefore, normally, protein B activity can be measured as the concentration of activated protein B (e.g., phosphorylated form of protein B). The activated protein catalyzes the activation of other proteins or enters the cell nucleus and activates the expression of genes important for cell physiology.

상기 유향부호링크는 상기 신호전달 네트워크 내에 두 개의 노드들 간의 관계를 나타내는 링크이다. 한 개의 유향부호링크에는 방향 및 부호에 관한 정보가 매핑될 수 있다. 제1유향부호링크의 소스는 상기 제1유향부호링크의 출발노드이며, 상기 제1유향부호링크의 타겟은 상기 제1유향부호링크의 도착노드이다. 즉, 유향부호링크의 방향은 소스로부터 타겟을 향하도록 정해진다. The directed coded link is a link representing a relationship between two nodes in the signaling network. Direction and code information may be mapped to one directed code link. The source of the first directed code link is the source node of the first directed code link, and the target of the first directed code link is the destination node of the first direct code link. That is, the direction of the directed coded link is determined from the source to the target.

도 17의 우측에 나타낸 것과 같이, 유향부호링크의 부호는 소스가 타겟을 조절하는 방식에 따라 결정되는데, 상기 신호전달 네트워크에서는 주로 두 가지 방식이 존재한다. 제1방식은 활성(activation; +) 방식이고, 제2방식은 억제(inactivation; -) 방식이다.As shown on the right side of FIG. 17, the code of the directed code link is determined according to the method of controlling the target by the source. There are mainly two methods in the signaling network. The first method is an activation (+) method, and the second method is an inactivation (-) method.

상기 유향부호링크와 관련하여, 예컨대 실제 생화학 반응을 촉매하는 촉매 단백질을 상기 유향부호링크의 '원천(source)'으로, 촉매의 대상이 되는 단백질을 상기 유향부호링크의 '표적(target)'이라고 부를 수 있다. In relation to the directed code link, for example, a catalytic protein that catalyzes an actual biochemical reaction is referred to as the 'source' of the directed code link, and a protein to be catalyzed is referred to as the 'target' of the directed code link. can be called

본 발명에서 상기 촉매이 대상이 되는 단백질을 상기 유향부호링크의 '표적(target)'이라고 부를 수 있으며, 한편, 암 치료를 위해 투여하는 약물에 의해 그 기저 활성도가 변화하는 단백질(노드)을 표적노드라고 부를 수 있다.In the present invention, the protein to which the catalyst is targeted can be referred to as a 'target' of the directed code link, and on the other hand, a protein (node) whose basal activity is changed by a drug administered for cancer treatment is referred to as a target node. can be called

도 17의 우측을 살펴보면, 표시된 각 유향부호링크에 대하여 노드A는 상기 유향부호링크의 원천 노드이고 노드B는 상기 유향부호링크의 표적 노드이다. 본 명세서에서 상기 원천 노드는 소스(source) 노드라고 지칭하고, 상기 표적 노드는 타겟(target) 노드라고 지칭할 수도 있다.Referring to the right side of FIG. 17, for each directed code link displayed, Node A is a source node of the directed code link and Node B is a target node of the directed code link. In this specification, the source node may be referred to as a source node, and the target node may be referred to as a target node.

상기 소스 노드는, 유향부호링크의 출발점에 해당되는 노드이다. 상기 신호전달 네트워크에서 소스 노드는 유향부호링크의 조절 방식에 따라 타겟 노드의 활성도를 증가시키거나 감소시키게 된다.The source node is a node corresponding to the starting point of the directed coded link. In the signaling network, the source node increases or decreases the activity of the target node according to the control method of the directed coded link.

상기 타겟 노드는, 유향부호링크의 도착점에 해당되는 노드이다. 상기 신호전달 네트워크에서 상기 타겟 노드는 상기 소스 노드에 의해 그 활성도가 변하게 된다.The target node is a node corresponding to the arrival point of the directed coded link. In the signaling network, the activity of the target node is changed by the source node.

상기 신호전달분자는 활성화 된 상태(활성 상태)로 존재할 수 있으며 활성화 되었을 때 활성화되기 이전에는 관찰할 수 없는 다양한 기능을 수행할 수 있게 된다. 예를 들어, 활성화 된 신호전달분자는 다른 종류의 신호전달분자를 활성화 시킬 수 있으며, 혹은 유전자의 발현을 촉진하여 세포 생리에 변화를 가져올 수도 있다. The signaling molecule may exist in an activated state (active state), and when activated, it is possible to perform various functions that cannot be observed before activation. For example, activated signaling molecules can activate other types of signaling molecules or promote gene expression to bring about changes in cell physiology.

따라서 상기 활성도는, 활성 상태에 있는 신호전달분자의 '정도(extent)' 또는 '양(quantity)'를 나타내는 개념으로서, 다양하게 정의할 수 있다. 예를 들어, 활성도를 활성 상태에 있는 신호전달분자의 세포 내 농도(e.g., 몰농도(M))로 정의할 수 있으며, 또는 특정한 물리적 단위 없이 추상적인 변수(a variable with arbitrary unit)로도 정의할 수 있다.Therefore, the activity, as a concept representing the 'extent' or 'quantity' of a signaling molecule in an active state, can be defined in various ways. For example, activity can be defined as the intracellular concentration (e.g., molar concentration (M)) of signaling molecules in an active state, or as an abstract variable without a specific physical unit (a variable with arbitrary units). can

본 발명의 일 관점에 따라 세포에 관한 상기 신호전달 네트워크를 부울리언 네트워크로 모델링 한 경우, 각 신호전달분자가 나타내는 상기 부울리언 네트워크의 각 노드는 0 또는 1의 값을 갖는다. 이 경우 상기 각 노드의 활성도는 시간에 따른 시뮬레이션을 수행하는 동안 각 노드가 가졌던 값들의 평균으로 정의될 수도 있다. 이렇게 정의한 활성도에 관한 자세한 내용은 후술한다.According to one aspect of the present invention, when the signaling network of cells is modeled as a Boolean network, each node of the Boolean network represented by each signaling molecule has a value of 0 or 1. In this case, the activity of each node may be defined as an average of values each node had during simulation over time. Details of the activity defined in this way will be described later.

'신호(signal)'라는 용어는 분석하고자 하는 생체 시스템에 따라 다르게 해석될 수 있는 개념이다. 그런데 생물학적 신호전달 관점에서는 주로 "신호 전달이 가능한 형태의 신호전달분자의 농도"를 '신호의 강도' 또는 '신호의 세기'로 해석하거나 간주할 수 있다. The term 'signal' is a concept that can be interpreted differently depending on the biological system to be analyzed. However, from a biological signal transduction point of view, "the concentration of signal transduction molecules in a form capable of signal transduction" can be interpreted or regarded as 'signal strength' or 'signal strength'.

본 발명의 일 관점에 따르면, 신호전달의 생화학 반응식을 상기 유향부호링크로 추상화한 경우, 신호의 개념을 신호전달분자의 농도에 직접 대응시키는 대신에 '활성도(activity)'라는 좀 더 추상화 된 개념으로 다룰 수 있다. 즉, 유향부호링크를 통해 어떤 노드(=소스 노드)의 활성도(=신호)가 다른 노드(=타겟 노드)의 활성도(=신호)에 영향을 준다고 간주할 수 있으며, 이와 같이 하나의 신호가 다른 신호에 영향을 주는 현상을 '신호가 흐른다' 라고 표현할 수 있다. 다시 말해, 원천 노드로부터 표적 노드로 신호가 흐른다고 할 수 있다. According to one aspect of the present invention, when the biochemical reaction formula of signal transduction is abstracted with the directed coded link, the more abstract concept of 'activity' instead of directly corresponding the concept of signal to the concentration of signal transduction molecules. can be dealt with In other words, it can be considered that the activity (=signal) of a certain node (=source node) affects the activity (=signal) of another node (=target node) through a directed coded link. A phenomenon that affects a signal can be expressed as 'a signal flows'. In other words, it can be said that a signal flows from the source node to the target node.

본 발명에 따르면, 각각의 노드에 대하여 각각 서로 구분되는 신호가 매핑될 수 있다. 즉, 제1노드에 대하여 제1신호가 매핑되어 정의될 수 있으며, 상기 제1신호는 상기 제1노드의 활성도인 제1활성도를 나타낸 값일 수 있다. 또한, 제2노드에 대하여 제2신호가 매핑되어 정의될 수 있으며, 상기 제2신호는 상기 제2노드의 활성도인 제2활성도를 나타낸 값일 수 있다. According to the present invention, signals that are distinguished from each other can be mapped to each node. That is, a first signal may be mapped and defined with respect to the first node, and the first signal may be a value representing the first activity, which is the activity of the first node. Also, a second signal may be defined by being mapped to the second node, and the second signal may be a value indicating a second activity, that is, an activity of the second node.

즉, 본 발명에 다루는 신호전달 네트워크에는 복수 개의 '신호'가 정의될 수 있다. 그리고 상기 각 신호는 각 노드마다 서로 다르게 정의된다. That is, a plurality of 'signals' may be defined in the signaling network covered by the present invention. And each signal is defined differently for each node.

따라서 본 발명에서, 제1노드에 대응하는 신호인 제1신호는 상기 제1노드의 활성도인 것으로 정의될 수 있다.Therefore, in the present invention, the first signal corresponding to the first node may be defined as the activity of the first node.

상술한 바와 같이, 상기 신호전달 네트워크에서 활성도는 특정 신호전달분자가 신호를 전달하기 위해 활성화 된 정도를 의미한다. 특정 분자의 활성도가 다른 분자의 활성도의 변화에 영향을 미치는데, 이는 특정 분자의 신호가 다른 분자의 신호를 높여주거나 낮춰주기 위해 '흘러간다' 라고 표현할 수 있다. As described above, activity in the signaling network refers to the degree to which a specific signaling molecule is activated to transmit a signal. The activity of a particular molecule affects the change in the activity of another molecule, which can be expressed as 'flow' in order for the signal of a particular molecule to increase or decrease the signal of another molecule.

본 발명에서 제시하는 '신호가 흐른다'라는 개념은, '제1신호의 크기의 변화가, 제2신호의 크기의 변화를 유발한다' 라는 개념으로 해석될 수도 있다. 또한 상술한 "원천 노드로부터 표적 노드로 신호가 흐른다"라는 것의 의미는 "원천 노드에 대응하는 신호(=원천 노드의 활성도)의 변화가 표적 노드의 신호(=표적 노드의 활성도)의 변화에 영향을 준다"라는 것을 의미할 수도 있다.The concept of 'a signal flows' proposed in the present invention may be interpreted as a concept that 'a change in the level of the first signal causes a change in the level of the second signal'. In addition, the above-mentioned "signal flows from the source node to the target node" means that "a change in the signal corresponding to the source node (= activity of the source node) affects the change in the signal (= activity of the target node) of the target node." It can also mean "to give".

본 발명에서 '신호흐름'(signal flow)은 어떤 신호전달분자의 활성도가 다른 신호전달분자의 분자의 활성도에 미치는 현상 또는 영향을 의미할 수 있다. In the present invention, 'signal flow' (signal flow) may refer to a phenomenon or influence of the activity of a certain signaling molecule on the activity of another signaling molecule.

<적응 저항을 분석하기 위한 불리언 시뮬레이션 프레임 워크 개발><Development of Boolean Simulation Framework to Analyze Adaptive Resistance>

본 발명에서는, CRC 내에서 약물에 대한 적응 저항성을 억제할 수 있는 분자 표적(molecular targets)을 찾고자 한다. BRAFi 또는 MEKi와 같은 MAPK 신호전달 경로 억제제의 처리는 CRC11, 12, 13에서 MAPK 신호전달의 재활성화에 의해 적응 저항성을 유도하는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서, BRAF 또는 MEK 억제제가 그들의 다운스트림 분자, ERK의 재활성화를 유도하는지 여부를 조사하였다.In the present invention, it is intended to find molecular targets capable of suppressing adaptive resistance to drugs in CRC. It is well known that treatment with MAPK signaling pathway inhibitors such as BRAFi or MEKi induces adaptive resistance by reactivation of MAPK signaling in CRC11, 12, and 13 . Therefore, we investigated whether BRAF or MEK inhibitors induce reactivation of their downstream molecule, ERK.

도 12는, 지시된 항체로 면역 블롯팅(immunoblotting)하여 ERK의 인산화 수준을 1 시간 및 48 시간 동안 모니터링한 결과를 나타낸 것이다.12 shows the results of monitoring the phosphorylation level of ERK for 1 hour and 48 hours by immunoblotting with the indicated antibodies.

U0126(MEKi)으로 처리된 HCT116 세포에서, pERK 수준이 1시간(단기)에서 억제된 후, 48시간(장기)에서 재활성화되는 것을 관찰했다(도 12, 상단). 또한, 베무라페닙(BRAFi)으로 처리된 HT29 세포에서, 우리는 또한 1시간 처리에서 pERK 수준이 억제된 후 48시간 째에 재활성화되는 것을 관찰 하였다(도 12, 하단). In HCT116 cells treated with U0126 (MEKi), it was observed that pERK levels were inhibited at 1 hour (short term) and then reactivated at 48 hours (long term) (FIG. 12, top). In addition, in HT29 cells treated with vemurafenib (BRAFi), we also observed re-activation at 48 hours after pERK levels were suppressed at 1 hour treatment (Fig. 12, bottom).

도 13은, 음성 피드백을 갖는 신호전달 경로에서 적응 저항의 예시적인 토이 모델(toy model)을 나타낸 것이다. 경로 활성은 약물 섭동에 의해 초기에 감소되었지만 적응성 변화에 따라 재활성화 됨을 알 수 있다.13 shows an exemplary toy model of adaptive resistance in a signaling pathway with negative feedback. It can be seen that the pathway activity is initially reduced by drug perturbation but reactivated following adaptive changes.

도 13의 (i)에 제시한 바와 같이, 이 현상을 설명하기 위해, 업스트림 노드 A에서 다운 스트림 노드 B 및 C로 신호를 전달하는 3개의 캐스케이드 노드들로 구성된 NFL (negative feedback loop)을 가진 신호전달 네트워크의 토이 모델을 만들었다. As shown in (i) of Fig. 13, to explain this phenomenon, a signal with a negative feedback loop (NFL) composed of three cascade nodes passing signals from upstream node A to downstream nodes B and C. I made a toy model of the delivery network.

도 13의 (ii)에 제시한 바와 같이, NFL 내의 노드 B가 약물에 의해 처리되는 경우, 약물 표적노드는 초기에 억제되고 경로 신호전달이 차단된다.As shown in (ii) of FIG. 13, when node B in the NFL is treated with a drug, the drug target node is initially inhibited and pathway signaling is blocked.

그러나 도 13의 (iii)에 제시한 바와 같이, 다운 스트림 노드 C의 억제는 업스트림 노드 A에 대한 그것(다운 스트림 노드 C)의 네거티브 피드백을 완화시키고, 그 다음에, 활성화된 업스트림 신호전달이 노드 B에 대한 약물효과를 압도할 수 있다. However, as shown in (iii) of Fig. 13, inhibition of downstream node C mitigates its (downstream node C) negative feedback to upstream node A, and then activated upstream signaling It can overwhelm the drug effect on B.

도 13의 (iv)에 제시한 바와 같이, 네트워크에서의 이러한 적응적인 변화는 노드 B의 재활성화를 초래한다. As shown in Fig. 13(iv), this adaptive change in the network results in the reactivation of Node B.

결과적으로, 경로는 약물 처리에도 견딜 수 있는 활성을 유지할 수 있다. 이 메커니즘은 NFL을 약물 처리에 더 저항적으로 만든다.As a result, the pathway can retain activity tolerant of drug treatment. This mechanism makes the NFL more resistant to drug treatment.

도 14에 제시한 바와 같이, 부울리언 모델을 사용하여 피드백 조절의 효과를 체계적으로 조사하기 위해, 본 발명에서는 NFL이 있거나 없는 신호전달 네트워크 모델들에서 약물 처리를 시뮬레이션 했다.As shown in FIG. 14, in order to systematically investigate the effect of feedback modulation using a Boolean model, we simulated drug treatment in signaling network models with and without NFL.

이 모델들에서, 업스트림 노드 A는 경로 신호를 중간 노드 B를 통해, 경로 활동을 나타내는 출력 노드 C로 전달한다. In these models, an upstream node A passes a pathway signal through an intermediate node B to an output node C representing pathway activity.

도 15에 제시한 바와 같이, 약물 표적노드 B를 OFF 상태로 고정하여 약물 섭동(drug perturbation)를 결정론적으로(deterministic) 시뮬레이션함으로써 NFL은 간단한 캐스케이드(SC)와 동일한 결과를 갖는다.As shown in FIG. 15, by deterministically simulating drug perturbation by fixing drug target node B to the OFF state, NFL has the same result as simple cascade (SC).

도 15의 아래 쪽에에 나타낸 바와 같이, NFL에 대한 단일 약물 섭동과 조합 약물 섭동의 효과 간에도 차이가 없었으며, 이러한 약물 조합은 실험적으로 MAPK 경로 13, 26에서 효과적인 것으로 확인되었다. As shown at the bottom of FIG. 15 , there was no difference between the effects of single drug perturbation and combination drug perturbation on NFL, and this drug combination was experimentally confirmed to be effective in the MAPK pathway 13, 26 .

경로 억제에 대한 곡선 아래 면적(AUC, Area Under Curve)은, 네거티브 피드백 조절이 약물 처리 후 출력에 영향을 줄 수 없음을 입증했다. Area Under the Curve (AUC) for pathway inhibition demonstrated that negative feedback conditioning could not affect output after drug treatment.

이러한 결과는 결정적 약물 시뮬레이션을 이용한 기존의 접근 방식이 NFL에서 발생하는 적응 저항을 분석하고 상승적 조합 표적을 식별하는 데 한계가 있음을 나타낸다.These results indicate that the existing approach using deterministic drug simulation has limitations in analyzing adaptive resistance occurring in NFL and identifying synergistic combination targets.

종래의 접근법에서 약물 시뮬레이션의 상기 한계를 극복하기 위해, 본 발명에서는, 약물 표적노드들이 약물 치료로부터 완전히 억제되지 않을 수 있기 때문에, 상기 약물 표적 노드들에 대한 상이한 억제 비율(different inhibition ratio)을 고려함으로써, 신호전달 네트워크에서의 적응 저항을 분석하는 부울리언 시뮬레이션 프레임 워크를 제시한다. In order to overcome the above limitation of drug simulation in the conventional approach, in the present invention, since drug target nodes may not be completely inhibited from drug treatment, different inhibition ratios for the drug target nodes are considered. By doing so, we present a Boolean simulation framework that analyzes adaptive resistance in signaling networks.

상기 모델의 한 개의 노드가 상기 노드의 진리표에 따라 그 상태가 업데이트된다는 결정론적 부울리언 네트워크와는 달리, 확률적 부울리언 네트워크(PBN)는 한 개의 노드가, 몇 개의 진리표에 따라, 그 상태를 확률적으로 업데이트하는 것을 허용한다. Unlike deterministic Boolean networks, where one node of the model updates its state according to that node's truth table, a probabilistic Boolean network (PBN) has one node, according to several truth tables, update its state. Allows for stochastic updates.

도 16은, 표적노드의 활성도를 억제하기 위해 처리하는 약물로 인한 상기 표적노드의 억제 비율을 특정 값, 예컨대 1이라는 값으로 결정적으로 고정하지 않고, 그 대신 상기 억제 비율을 0 내지 1 사이의 확률값으로 조절하는 개념을 설명하기 위한 것이다.16 shows that the inhibition rate of the target node due to the drug treated to inhibit the activity of the target node is not conclusively fixed to a specific value, for example, a value of 1, but instead the inhibition rate is a probability value between 0 and 1 It is to explain the concept of controlling with.

도 16에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는, 표적 노드의 상태 값이 시뮬레이션 동안 0에서 1까지의 범위의 비율(x)에 따라 확률적으로 억제되도록, 서로 다른 억제 비율로 약물 표적을 시뮬레이션하기 위해 PBN을 채택한다. As shown in Fig. 16, in the present invention, the PBN to simulate the drug target with different suppression ratios, such that the state value of the target node is stochastically suppressed according to the ratio (x) ranging from 0 to 1 during simulation. Adopt

본 발명이 일 적용예에 따라, 만일 약물 표적노드가 30% (x=0.3)의 비율로 억제(inhibit)된 경우, 상기 표적 노드의 상태는 시뮬레이션의 총 30% 동안은 OFF로 고정되었고, 시뮬레이션의 나머지 70% 동안에는 상기 노드의 원래 진리표에 따라 지속적으로 업데이트된다. According to one application of the present invention, if the drug target node is inhibited at a rate of 30% (x = 0.3), the state of the target node is fixed to OFF for a total of 30% of the simulation, and the simulation During the remaining 70% of , it is continuously updated according to the node's original truth table.

본 발명에 의해, 통합된 게놈 정보로 세포주 별 네트워크(cell-line specific networks)의 역학 및 구조를 분석함으로써, Src를 미토겐-활성화 단백질 키나제 (MAPK) 경로 억제제에 대한 유망한 조합 표적으로서 확인할 수 있다. 본 발명을 기초로 한 실험을 수행하면, Src 억제제의 조합 치료가 KRAS-돌연변이 또는 BRAF-돌연변이 대장암 세포에서 MAPK 경로 억제제의 약물 감도를 향상시킨다는 점을 발견할 수 있다. 또한 본 발명을 기초로 한 실험을 수행하면, Src 억제제가 MAPK 경로 변경(pathway alteration)을 갖는 폐 및 유방암 세포에서 MAPK 경로 억제제의 감도를 증가시킬 수 있음을 발견할 수 있다. 또한, 본 발명을 기초로 한 실험을 수행하면, Src 억제제가 PI3K-돌연변이 대장암 세포에서 phosphatidylinositol-3 키나아제 (PI3K) 경로 억제제의 약물 감도를 증가시킴을 발견할 수 있다. 본 발명을 기초로, Src가 여러 암 유형의 여러 신호전달 경로를 표적으로 하는 그러한 약물들에서 나오는 적응 저항에 책임을 지는 피드백 구조의 업스트림 허브(upstream hub of feedback structures)라는 결론을 얻을 수 있다. The present invention identifies Src as a promising combinatorial target for mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway inhibitors by analyzing the dynamics and structure of cell-line specific networks with integrated genomic information. . Conducting experiments based on the present invention, it can be found that combination treatment with Src inhibitors enhances the drug sensitivity of MAPK pathway inhibitors in KRAS-mutant or BRAF-mutant colon cancer cells. In addition, experiments based on the present invention can be found that Src inhibitors can increase the sensitivity of MAPK pathway inhibitors in lung and breast cancer cells with MAPK pathway alterations. In addition, experiments based on the present invention were conducted and found that Src inhibitors increased drug sensitivity of phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) pathway inhibitors in PI3K-mutant colon cancer cells. Based on the present invention, it can be concluded that Src is an upstream hub of feedback structures responsible for adaptive resistance emanating from those drugs targeting different signaling pathways in different cancer types.

결과적으로, 본 발명에 따라, 저항을 담당하는 필수 피드백 조절을 차단함으로써 미토겐-활성화 단백질 키나제 (MAPK) 경로의 표적화된 억제에 대한 적응성 저항을 극복할 수 있는 중요한 조합 약물 표적(critical combination drug target)으로서 Src를 발견할 수 있다. Consequently, according to the present invention, a critical combination drug target that can overcome adaptive resistance to targeted inhibition of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway by blocking the essential feedback regulation responsible for resistance. ), Src can be found.

본 발명에 따른 시스템 접근방식은 적응 저항을 극복하기 위해 타겟팅 할 수 있는 필수 피드백 조절을 정확하게 찾아냄(pinpointing)으로써 약물 조합으로 효과적인 암 치료 전략을 인도할 수 있다.The systems approach according to the present invention can guide effective cancer treatment strategies with drug combinations by pinpointing the necessary feedback regulation that can be targeted to overcome adaptive resistance.

본 발명의 일 관점에 따른 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법은, 암 신호전달 네트워크(1)에서 섭동되는 표적노드(12)와 함께 조합되어 섭동되는 조합표적노드를 결정하는 방법으로서, 상기 표적노드(12)를 섭동하지 않았을 때의 상기 암 신호전달 네트워크(1)의 후보노드(11)의 활성도인 제1활성도와, 상기 표적노드를 섭동했을 때의 상기 후보노드의 활성도인 제2활성도 간의 차이값을 기초로 상기 후보노드의 활성변화(AC)를 산출하는 단계; 상기 활성변화에 비례하는 스코어를 산출하는 단계; 및 상기 스코어를 기초로 상기 후보노드를 상기 표적노드와 함께 섭동하는 조합표적노드로 결정할지 여부를 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.A method for determining a combined target node for a target node according to one aspect of the present invention is a method for determining a combined target node that is perturbed by being combined with a target node 12 that is perturbed in a cancer signaling network 1, wherein the A first activity, which is the activity of the candidate node 11 of the cancer signaling network 1 when the target node 12 is not perturbed, and a second activity, which is the activity of the candidate node when the target node is perturbed calculating an activity change (AC) of the candidate node based on the difference between the candidate nodes; Calculating a score proportional to the activity change; and determining whether to determine the candidate node as a combination target node that perturbs together with the target node based on the score. can include

이때, 상기 후보노드(11)는, 상기 후보노드(11)를 포함하는 네거티브 피드백 루프(L1)에 포함되는 노드이며, 상기 후보노드(11)의 활성도가 증가하면 상기 표적노드(12)의 활성도가 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.At this time, the candidate node 11 is a node included in the negative feedback loop L1 including the candidate node 11, and when the activity of the candidate node 11 increases, the activity of the target node 12 increases. may be characterized by an increase in

이때, 상기 표적노드에 대한 섭동에 의하여, 섭동확률(x%)로는 상기 표적노드의 활성도가 억제되고, 섭동실패확률((100-x)%)로는 상기 표적노드의 활성도가 상기 암 신호전달 네트워크의 상태를 결정하는 진리표에 따라 결정될 수 있다(단, x는 0 내지 100의 실수).At this time, by the perturbation of the target node, the activity of the target node is suppressed with a perturbation probability (x%), and the activity of the target node is suppressed with a perturbation failure probability ((100-x)%) It can be determined according to the truth table for determining the state of (provided that x is a real number from 0 to 100).

이때, 상기 활성변화를 산출하는 단계는, 상기 섭동확률로서 복수 개의 섭동확률들을 설정하는 단계; 및 상기 복수 개의 섭동확률 각각에 대하여 산출한 상기 차이값들을 모두 더한 값을 기초로 상기 활성변화를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the calculating of the activity change may include setting a plurality of perturbation probabilities as the perturbation probabilities; and determining the activity change based on a value obtained by adding all the difference values calculated for each of the plurality of perturbation probabilities.

또는, 상기 활성변화를 산출하는 단계는, 상기 섭동확률을 100%로 설정하는 단계; 및 상기 100%의 섭동확률에 대하여 산출한 상기 차이값을 기초로 상기 활성변화를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Alternatively, the calculating of the activity change may include setting the perturbation probability to 100%; and determining the activity change based on the difference value calculated with respect to the perturbation probability of 100%.

이때, 상기 암 신호전달 네트워크는 확률적 부울리언 네트워크이며, x%의 확률로는 상기 표적노드의 활성도가 억제되면 상기 표적노드는 0의 값을 갖고, (100-x)%의 확률로는 상기 표적노드의 활성도가 상기 암 신호전달 네트워크의 상태를 결정하는 진리표에 따라 결정되면, 상기 표적노드는 0 또는 1의 값을 가질 수 있다.At this time, the cancer signaling network is a stochastic Boolean network, and if the activity of the target node is suppressed with a probability of x%, the target node has a value of 0, and with a probability of (100-x)%, the target node has a value of 0. When the activity of the target node is determined according to the truth table for determining the state of the cancer signaling network, the target node may have a value of 0 or 1.

이때, 상기 후보노드의 활성도는 상기 후보노드가 나타내는 단백질의 인산화형의 농도에 관한 값을 기초로 산출될 수 있다.At this time, the activity of the candidate node may be calculated based on a value related to the concentration of the phosphorylated form of the protein represented by the candidate node.

또는, 상기 후보노드의 활성도는 상기 후보노드가 나타내는 신호전달분자의 양에 관한 값을 기초로 산출될 수 있다.Alternatively, the activity of the candidate node may be calculated based on a value related to the amount of signaling molecules represented by the candidate node.

이때, 상기 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법은, 상기 암 신호전달 네트워크를 노미널 네트워크과 비교하여, 변이가 발생한 노드들의 인커밍 링크들을 제거하는 단계; 및 상기 인커밍 링크들이 제거된 상태의 상기 암 신호전달 네트워크에서, 상기 후보노드와 상기 표적노드가 포함된 한 개 이상의 네거티브 피드백 루프들 중에서, 최단 피드백 길이를 갖는 제1 네거티브 피드백 루프의 피드백 길이(LN)를 산출하는 단계;를 더 포함하며, 상기 스코어는 상기 제1 네거티브 피드백 루프의 피드백 길이에 반비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the method of determining the combination target node for the target node may include comparing the arm signaling network with a nominal network and removing incoming links of nodes where mutations occur; And a feedback length of a first negative feedback loop having the shortest feedback length among one or more negative feedback loops including the candidate node and the target node in the dark signaling network in a state in which the incoming links are removed ( Calculating LN); may be further included, and the score may be inversely proportional to the feedback length of the first negative feedback loop.

이때, 상기 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법은, 상기 후보노드로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포사멸노드까지의 제1바이패스 신호전달 효과(BA)를 산출하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1바이패스 신호전달 효과가 증가할수록 상기 스코어가 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.At this time, the method of determining the combination target node for the target node further comprises calculating a first bypass signaling effect (BA) from the candidate node to the apoptosis node of the cancer signaling network, It may be characterized in that the score increases as the first bypass signaling effect increases.

이때, 상기 제1바이패스 신호전달 효과를 산출하는 단계는, 상기 후보노드로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포사멸노드까지의 신호전달경로들 중, 상기 표적노드를 포함하는 네거티브 피드백 루프들을 제외한 신호전달경로인 제1바이패스 신호전달경로들을 선정하는 단계; 및 상기 제1바이패스 신호전달경로들을 따라, 상기 후보노드의 활성도가 억제됨에 따라 상기 세포사멸노드의 활성도가 증가하는 정도가 높아질수록 상기 제1바이패스 신호전달 효과를 증가시키도록 연산하는 단계;를 포함할 수 있다.In this case, the step of calculating the first bypass signal transmission effect includes signal transmission excluding negative feedback loops including the target node among signal transmission pathways from the candidate node to the apoptosis node of the cancer signaling network. selecting first bypass signal transmission paths as paths; and calculating an increase in the first bypass signal transduction effect along the first bypass signal transduction pathways as the activity of the apoptosis node increases as the activity of the candidate node is inhibited. can include

이때, 상기 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법은, 상기 후보노드로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포증식노드까지의 제2바이패스 신호전달 효과(BP)를 산출하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2바이패스 신호전달 효과가 증가할수록 상기 스코어가 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.At this time, the method of determining the combination target node for the target node further comprises calculating a second bypass signaling effect (BP) from the candidate node to the cell proliferation node of the cancer signaling network, It may be characterized in that the score increases as the second bypass signaling effect increases.

이때, 상기 제2바이패스 신호전달 효과를 산출하는 단계는, 상기 후보노드로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포증식노드까지의 신호전달경로들 중, 상기 표적노드를 포함하는 네거티브 피드백 루프들을 제외한 제2바이패스 신호전달경로들을 선정하는 단계; 및 상기 제2바이패스 신호전달경로들을 따라, 상기 후보노드의 활성도가 억제됨에 따라 상기 세포증식노드의 활성도가 감소하는 정도가 높아질수록 상기 제2바이패스 신호전달 효과를 증가시키도록 연산하는 단계;를 포함할 수 있다.In this case, the step of calculating the second bypass signaling effect may include the second bypass excluding negative feedback loops including the target node among the signal transmission pathways from the candidate node to the cell proliferation node of the cancer signaling network. Selecting bypass signal transmission paths; and calculating to increase the effect of the second bypass signal transduction along the second bypass signal transduction pathways as the degree of decrease in the activity of the cell proliferation node increases as the activity of the candidate node is inhibited. can include

본 발명에 의해 제안된 프레임워크는 일반적이며, 적응 저항을 극복할 수 있는 중요한 약물 표적을 식별하는 데 널리 사용될 수 있다.The framework proposed by the present invention is general and can be widely used to identify important drug targets that can overcome adaptive resistance.

본 발명에 따르면 암 유형의 여러 신호전달 경로를 표적으로 하는 그러한 약물들에서 나오는 적응 저항에 책임을 지는 피드백 구조의 업스트림 허브(upstream hub of feedback structures)에 해당하는 조합표적노드를 결정할 수 있다. According to the present invention, a combination target node corresponding to an upstream hub of feedback structures responsible for adaptive resistance resulting from such drugs targeting various signaling pathways of cancer types can be determined.

본 발명에 따라 상기 조합표적노드의 활성도를 제한함으로써 표적노드에 대한 약물처리의 적응저항을 무력화할 수 있다. According to the present invention, by limiting the activity of the combination target node, it is possible to neutralize the adaptive resistance of drug treatment to the target node.

본 발명에 따르면 피드백 조절에 의한 적응 저항을 극복할 수 있는 표적노드의 조합 정보를 결정하는 기술을 제공하고자 한다. According to the present invention, it is intended to provide a technique for determining combination information of a target node capable of overcoming adaptation resistance due to feedback control.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 조합표적노드를 결정하는 방법을 설명하기 위해 예시한 암 신호전달 네트워크(1)를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 암 신호전달 네트워크에 포함된 네거티브 피드백 루프들만을 분리하여 제시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 암 신호전달 네트워크에서 섭동되는 표적노드와 함께 조합되어 섭동되는 조합표적노드를 결정하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 1의 표적노드를 섭동하지 않은 제1경우와 섭동한 제2경우에 있어서, 표적노드의 활성도 변화 및 후보노드의 활성도 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 제1 네거티브 피드백 루프에 포함된 표적노드(12)에 약물 1에 의한 섭동을 가한 경우 표적노드(12)의 활성도에 의해 조절되는 제14노드(14)의 활성도의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 활성변화를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 도 4에 나타낸 두 개의 그래프를 다시 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 활성변화를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9에는 도 1에 나타낸 암 신호전달 네트워크(1)의 노드들 중 변이가 발생한 노드인 제15노드(15)의 인커밍 노드를 제거한 상태를 갖는 암 신호전달 네트워크(1')를 나타내었다.
도 10은 도 1에 나타낸 암 신호전달 네트워크의 후보노드로부터 세포사멸노드 및 세포증식노드까지 향하는 바이패스 신호경로들을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1바이패스 신호전달 효과 및 제2바이패스 신호전달 효과를 산출하는 구체적인 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 약물에 대한 적응 저항을 분석하기 위한 시뮬레이션 프레임워크이다.
도 12는, 지시된 항체로 면역 블롯팅(immunoblotting)하여 ERK의 인산화 수준을 1 시간 및 48 시간 동안 모니터링한 결과를 나타낸 것이다.
도 13는, 음성 피드백을 갖는 신호전달 경로에서 적응 저항의 예시적인 토이 모델(toy model)을 나타낸 것이다. 경로 활성은 약물 섭동에 의해 초기에 감소되었지만 적응성 변화에 따라 재활성화 됨을 알 수 있다.
도 14는, 네거티브 피드백이 있거나 없는 세 개의 노드를 포함하는 신호전달 경로의 부울 네트워크 모델의 예를 나타낸 것이다.
도 15는, 결정적(deterministic) 약물 시뮬레이션에 의한 결과를 나타낸 것이다.
도 16은, 표적노드의 활성도를 억제하기 위해 처리하는 약물로 인한 상기 표적노드의 억제 비율을 특정 값, 예컨대 1이라는 값으로 결정적으로 고정하지 않고, 그 대신 상기 억제 비율을 0 내지 1 사이의 확률값으로 조절하는 개념을 설명하기 위한 것이다.
도 17은 본 발명에서 다루는 신호전달 네트워크에서의 생화학 반응(biochemical reaction) 및 유향부호링크(directed signed link)의 개념에 대하여 나타낸 것이다.
도 18은 복잡한 신호전달 네트워크의 구조의 예를 도식화하여 제시한 것이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 정의되는 확률적 타겟섭동그래프의 형태를 나타낸 것이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 특정 노드의 활성도를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.
1 shows a cancer signaling network 1 illustrated to explain a method for determining a combination target node provided according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 isolates and presents only the negative feedback loops included in the cancer signaling network shown in FIG. 1 .
3 is a flowchart illustrating a method of determining a perturbed combined target node combined with a perturbed target node in a dark signaling network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows changes in activity of the target node and activity of candidate nodes in the first case in which the target node in FIG. 1 was not perturbed and the second case in which the target node was perturbed.
5 shows the change over time of the activity of the 14th node 14 controlled by the activity of the target node 12 when perturbation by drug 1 is applied to the target node 12 included in the first negative feedback loop. it is shown
6 is a flowchart illustrating a method for calculating a change in activity according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is another representation of the two graphs shown in FIG. 4 .
8 is a flowchart illustrating a method of calculating activity change according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows a dark signaling network 1' having a state in which an incoming node of a fifteenth node 15, which is a node where a mutation has occurred, is removed among the nodes of the dark signaling network 1 shown in FIG. 1 .
FIG. 10 shows bypass signal pathways from candidate nodes of the cancer signaling network shown in FIG. 1 to apoptosis nodes and cell proliferation nodes.
11 is a flowchart illustrating a specific method of calculating a first bypass signaling effect and a second bypass signaling effect according to an embodiment of the present invention.
12 to 15 are simulation frameworks for analyzing adaptive resistance to drugs according to an embodiment of the present invention.
12 shows the results of monitoring the phosphorylation level of ERK for 1 hour and 48 hours by immunoblotting with the indicated antibodies.
13 shows an exemplary toy model of adaptive resistance in a signaling pathway with negative feedback. It can be seen that the pathway activity is initially reduced by drug perturbation but reactivated following adaptive changes.
14 shows an example of a Boolean network model of a signaling path comprising three nodes with and without negative feedback.
15 shows the results of deterministic drug simulation.
16 shows that the inhibition rate of the target node due to the drug treated to inhibit the activity of the target node is not conclusively fixed to a specific value, for example, a value of 1, but instead the inhibition rate is a probability value between 0 and 1 It is to explain the concept of controlling with.
17 illustrates the concept of a biochemical reaction and directed signed link in a signal transduction network dealt with in the present invention.
18 schematically shows an example of a structure of a complex signaling network.
19 illustrates a form of a stochastic target perturbation graph defined according to an embodiment of the present invention.
20 is a flowchart illustrating a method of calculating activity of a specific node according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be implemented in various other forms. Terms used in this specification are intended to aid understanding of the embodiments, and are not intended to limit the scope of the present invention. Also, the singular forms used herein include the plural forms unless the phrases clearly dictate the contrary.

본 발명의 일 실시예에 따라, 암 신호전달 네트워크에서 섭동되는 표적노드와 함께 조합되어 섭동되는 조합표적노드를 결정하는 방법을 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a method for determining a perturbed combined target node combined with a perturbed target node in a cancer signaling network may be provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 조합표적노드를 결정하는 방법을 설명하기 위해 예시한 암 신호전달 네트워크(1)를 나타낸 것이다. 1 shows a cancer signaling network 1 illustrated to explain a method for determining a combination target node provided according to an embodiment of the present invention.

암 신호전달 네트워크(1)는 복수 개의 노드들(네모칸 모양) 및 복수 개의 링크들로 구성된다. The cancer signaling network 1 is composed of a plurality of nodes (square shape) and a plurality of links.

서로 다른 노드는 서로 다른 유전자를 나타낼 수 있다. 또는 서로 다른 노드는 서로 다른 유전자에 의해 발현된 단백질 분자를 나타낼 수 있다. Different nodes can represent different genes. Alternatively, different nodes may represent protein molecules expressed by different genes.

도 1의 예에서 제31노드(31)는 세포의 증식을 결정하는 세포증식노드이고, 제33노드(33)는 세포의 사멸을 결정하는 세포사멸노드를 나타낸다. 세포증식노드의 활성도가 높을수록 세포가 증식할 가능성이 크며, 세포사멸노드의 활성도가 높을수록 세포가 사멸할 가능성이 크다. 일 실시예에서 암 세포의 세포증식노드의 활성도가 더 낮아질수록, 그리고 상기 암 세포의 세포사멸노드의 활성도가 더 높아질수록, 상기 암 세포로 인한 암의 치료 가능성이 높아지는 것으로 볼 수 있다.In the example of FIG. 1 , the 31st node 31 is a cell proliferation node that determines cell proliferation, and the 33rd node 33 represents an apoptosis node that determines cell death. The higher the activity of the cell proliferation node, the greater the possibility of cell proliferation, and the higher the activity of the apoptosis node, the greater the possibility of cell death. In one embodiment, it can be seen that the lower the activity of the cell proliferation node of cancer cells and the higher the activity of the apoptosis node of the cancer cells, the higher the possibility of treating cancer due to the cancer cells.

제12노드(12)는 암 치료를 위해 투여할 약물이 표적으로 하는 노드로서, 본 명세서에서 표적노드로 지칭될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 표적노드는 특정노드(제12노드(12))로 이미 주어진 상황을 가정할 수 있다.The twelfth node 12 is a node targeted by drugs to be administered for cancer treatment, and may be referred to as a target node in the present specification. In one embodiment of the present invention, the target node is a specific node (the twelfth node 12), and a given situation may be assumed.

암 신호전달 네트워크(1)는 어떠한 특정 암세포주의 신호전달 네트워크를 나타낸 것이다. 이때, 제15노드(15)는 정상세포의 신호전달 네트워크인 노미널 신호전달 네트워크와 비교해 볼 때에 돌연변이가 발생한 노드를 나타낸다.Cancer signaling network (1) represents the signaling network of a specific cancer cell line. At this time, the fifteenth node 15 represents a node where a mutation has occurred when compared with the normal cell signaling network, that is, the nominal signaling network.

도 2는 도 1에 나타낸 암 신호전달 네트워크에 포함된 네거티브 피드백 루프들만을 분리하여 제시한 것이다.FIG. 2 isolates and presents only the negative feedback loops included in the cancer signaling network shown in FIG. 1 .

도 2의 (a)에 나타낸 제1네거티브 피드백 루프(NFL1)의 길이는 4이다. The length of the first negative feedback loop (NFL1) shown in (a) of FIG. 2 is 4.

도 2의 (b)에 나타낸 제2네거티브 피드백 루프(NFL2)의 길이는 5이다. The length of the second negative feedback loop (NFL2) shown in (b) of FIG. 2 is 5.

도 2의 (c)에 나타낸 제3네거티브 피드백 루프(NFL3)의 길이는 3이다. The length of the third negative feedback loop (NFL3) shown in (c) of FIG. 2 is 3.

도 2의 (a) 및 (b)에서 소스인 제14노드(14)에서 타겟인 제11노드(11)로 향하는 유향부호링크는 억제(inactivation) 방식으로 작용하여 네거티브 피드백을 형성한다.In (a) and (b) of FIG. 2, the directed coded link from the fourteenth node 14, which is the source, to the eleventh node 11, which is the target, acts in an inactivation manner to form negative feedback.

도 2의 (c)에서, 소스인 제15노드(15)에서 타겟인 제11노드(11)로 향하는 유향부호링크는 억제 방식으로 작용하여 네거티브 피드백을 형성한다.In (c) of FIG. 2, the directed coded link from the fifteenth node 15, which is the source, to the eleventh node 11, which is the target, acts in a suppressed manner to form negative feedback.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 암 신호전달 네트워크에서 섭동되는 표적노드와 함께 조합되어 섭동되는 조합표적노드를 결정하는 방법을 나타낸 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating a method of determining a perturbed combined target node combined with a perturbed target node in a dark signaling network according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 1 내지 도 3을 함께 참조하여 설명한다.Hereinafter, it will be described with reference to FIGS. 1 to 3 together.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 조합표적노드의 후보인 후보노드로서 암 신호전달 네트워크(1)를 구성하는 임의의 노드를 선택할 수 있다. In one embodiment of the present invention, an arbitrary node constituting the cancer signaling network 1 may be selected as a candidate node for the combination target node.

그러나 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 후보노드로서 암 신호전달 네트워크(1) 내에서 상기 표적노드(12)를 포함하는 네거티브 피드백 루프들에 포함된 노드를 선택할 수 있다. However, in a preferred embodiment of the present invention, a node included in negative feedback loops including the target node 12 in the cancer signaling network 1 may be selected as the candidate node.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 후보노드로서 상기 네거티브 피드백 루프들에 포함된 노드들 중 상기 표적노드(12)로 향하는 유향부호링크를 따라 거슬러 올라가는 업스트림 노드들에 포함된 노드를 선택할 수 있다. In addition, in a preferred embodiment of the present invention, a node included in upstream nodes traveling back along a directed code link toward the target node 12 among nodes included in the negative feedback loops is selected as the candidate node. can

본 발명의 일 실시예에서, 상기 후보노드의 활성도가 증가함에 따라 상기 표적노드(12)의 활성도가 증가할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the activity of the target node 12 may increase as the activity of the candidate node increases.

도 1에서는 상기 후보노드가 상기 후보노드(11)를 포함하는 제1네거티브 피드백 루프(NFL1)에 포함된 제11노드(11)인 예를 나타내었다. 이하 제11노드(11)는 후보노드(11)라고 표기될 수 있다.1 shows an example in which the candidate node is the eleventh node 11 included in the first negative feedback loop NFL1 including the candidate node 11 . Hereinafter, the eleventh node 11 may be referred to as a candidate node 11 .

도 3의 단계(S10)에서, 상기 표적노드(12)를 섭동하지 않았을 때의 상기 암 신호전달 네트워크(1)의 후보노드(11)의 활성도인 제1활성도와, 상기 표적노드를 섭동했을 때의 상기 후보노드의 활성도인 제2활성도 간의 차이값을 기초로 상기 후보노드의 활성변화(AC)를 산출할 수 있다.In step S10 of FIG. 3, the first activity, which is the activity of the candidate node 11 of the cancer signaling network 1 when the target node 12 is not perturbed, and when the target node is perturbed An activity change (AC) of the candidate node may be calculated based on a difference between the second activities, which are the activities of the candidate node.

즉, 암 세포 네트워크(1)의 표적노드(12)의 섭동 전후에 있어서, 상기 표적노드(11)의 활성변화(AC)를 산출할 수 있다. That is, before and after the perturbation of the target node 12 of the cancer cell network 1, the activity change (AC) of the target node 11 can be calculated.

일 실시예에서, 상기 섭동은, 암 신호전달 네트워크(1)의 상태변화를 결정하는 상태방정식에서 상기 표적노드(12)의 상태값을 결정하는 방정식에 인위적으로 제한을 가하는 것을 의미할 수 있다. In one embodiment, the perturbation may mean artificially applying restrictions to an equation for determining a state value of the target node 12 in a state equation for determining a state change of the dark signaling network 1 .

예컨대 암 신호전달 네트워크(1)가 부울리언 네트워크로 표현된 경우, 표적노드(12)는 섭동한다는 것은, 표적노드(12)의 상태값을 100%의 확률로 0의 값으로 고정시키거나, 또는 x%의 확률로 0의 값으로 고정시키되 (100-x)%의 확률로는 표적노드(12)의 상태값이 상기 표적노드(12)의 상태값을 결정하는 방정식에 의해 결정되도록 제어하는 것을 의미할 수 있다. For example, when the cancer signaling network 1 is expressed as a Boolean network, perturbation of the target node 12 means that the state value of the target node 12 is fixed to a value of 0 with a probability of 100%, or Fixing to a value of 0 with a probability of x%, but controlling the state value of the target node 12 to be determined by the equation for determining the state value of the target node 12 with a probability of (100-x)% can mean

상기 활성변화는 실수값일 수 있다.The activity change may be a real value.

그 다음, 단계(S20)에서, 상기 활성변화에 비례하는 스코어를 산출할 수 있다. 상기 스코어를 산출하는 구체적인 방법은 후술한다.Then, in step S20, a score proportional to the change in activity can be calculated. A specific method for calculating the score will be described later.

단계(S20)에 따르면 스코어(Score)와 활성변화(AC)는 [수식 1]의 관계를 가질 수 있다. According to step S20, the score and the activity change (AC) may have a relationship of [Equation 1].

[수식 1][Formula 1]

Score = k1 * AC (k1은 비례상수)Score = k1 * AC (k1 is proportional constant)

상기 스코어는 실수값일 수 있다.The score may be a real value.

그 다음, 단계(S30)에서, 상기 스코어를 기초로 상기 후보노드를 상기 표적노드와 함께 섭동하는 조합표적노드로 결정할지 여부를 결정할 수 있다. Then, in step S30, it is possible to determine whether to determine the candidate node as a combination target node that perturbs together with the target node based on the score.

예컨대, 상기 스코어가 임계값보다 큰 경우에는 상기 후보노드(11)를 상기 표적노드와 함께 섭동하는 조합표적노드인 것으로 결정할 수 있다.For example, if the score is greater than the threshold value, the candidate node 11 may be determined to be a combination target node that perturbs along with the target node.

또는, 후보노드가 여러 개인 경우, 예컨대 제1후보노드와 제2후보노드를 선정한 상태에서, 상기 제1후보노드와 상기 제2후보노드 각각에 대하여 상기 단계(S10) 및 단계(S20)를 실행할 수 있다. 그 결과 상기 제1후보노드에 대하여 얻은 상기 스코어인 제1스코어와 상기 제2후보노드에 대하여 얻은 스코어인 제2스코어의 값을 비교할 수 있다. 만일 제1스코어가 제2스코어보다 크다면 제1후보노드만을 상기 조합표적노드인 것으로 결정할 수 있다.Alternatively, when there are multiple candidate nodes, for example, in a state in which the first and second candidate nodes are selected, the steps S10 and S20 are executed for each of the first and second candidate nodes. can As a result, the value of the first score, which is the score obtained for the first candidate node, and the second score, which is the score obtained for the second candidate node, can be compared. If the first score is greater than the second score, only the first candidate node may be determined to be the combination target node.

일 실시예에서, 상기 표적노드(12)에 대한 섭동에 의하여, 설정가능한 확률값인 섭동확률(x%)로는 상기 표적노드(12)가 비활성화되고(즉, 표적노드의 값이 0으로 고정됨), 섭동실패확률((100-x)%)로는 상기 표적노드의 값이 상기 암 신호전달 네트워크의 상태를 결정하는 진리표에 따라 결정되도록 되어 있을 수 있다. 이때, x는 0 내지 100의 실수이다. In one embodiment, by perturbation of the target node 12, the target node 12 is deactivated with a perturbation probability (x%), which is a configurable probability value (ie, the value of the target node is fixed to 0), The perturbation failure probability ((100-x)%) may be such that the value of the target node is determined according to a truth table for determining the state of the dark signaling network. In this case, x is a real number from 0 to 100.

도 4는 도 1의 표적노드를 섭동하지 않은 제1경우와 섭동한 제2경우에 있어서, 표적노드의 활성도 변화 및 후보노드의 활성도 변화를 나타낸 것이다.FIG. 4 shows changes in activity of the target node and activity of candidate nodes in the first case in which the target node in FIG. 1 was not perturbed and the second case in which the target node was perturbed.

도 4에 나타낸 그래프의 가로축은 상술한 섭동확률을 0%부터 100%까지 나타낸 것이며, 세로축은 표시한 노드의 활성도를 나타낸 것이다. 활성도의 값이 0 내지 2의 값으로 제시되어 있으나, 구체적인 수치는 상대적인 활성도의 크기 차이를 나타내기 위해 제시된 것이며, 활성도가 가질 수 있는 수치의 범위는 필요에 따라 다른 범위로 변환되어 제시될 수도 있다.The horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 represents the above-described perturbation probability from 0% to 100%, and the vertical axis represents the activity of the displayed node. Although the value of activity is presented as a value of 0 to 2, specific numerical values are presented to indicate the difference in the size of relative activity, and the range of numerical values that can have activity may be converted into other ranges and presented as needed. .

도 4의 (a)는 표적노드(12)를 섭동하지 않은 경우를 나타낸다. 이때에 가로축의 값은 의미가 없으며, 이때의 표적노드(12)의 활성도 및 후보노드(11)의 활성도는 기준값=1로 정규화되어 제시하였다.4(a) shows a case where the target node 12 is not perturbed. At this time, the value of the horizontal axis has no meaning, and the activity of the target node 12 and the activity of the candidate node 11 at this time are normalized to a reference value = 1 and presented.

도 4의 (b)는 표적노드(12)에 약물 1(Drug 1)에 해당하는 섭동을 가한 경우를 나타낸 것이다. 이 섭동은 표적노드(12)의 활성도는 낮추는 것이기 때문에 기본적으로 제12노드(12), 제13노드(13), 또는 제14노드(14)의 활성도는 도 4의 (a)에 비하여 하락한다. 또한, 섭동확률이 더 높은 값으로 설정될수록, 즉, 그래프의 가로축에서 더 오른쪽으로 갈수록, 제12노드(12), 제13노드(13), 또는 제14노드(14)의 활성도는 도 4의 (a)에 비하여 그 하락폭이 증가한다.(b) of FIG. 4 shows a case where a perturbation corresponding to drug 1 is applied to the target node 12. Since this perturbation lowers the activity of the target node 12, the activity of the twelfth node 12, the thirteenth node 13, or the fourteenth node 14 is basically lowered compared to FIG. . In addition, as the perturbation probability is set to a higher value, that is, as you move further to the right on the horizontal axis of the graph, the activity of the twelfth node 12, the thirteenth node 13, or the fourteenth node 14 increases as shown in FIG. Compared to (a), the drop rate increases.

그런데, 제14노드(14)와 제11노드(후보노드)(11) 간에 네거티브 피드백이 존재하기 때문에 제14노드(14)의 활성도의 하락은 후보노드(11)의 활성도 상승을 초래한다. However, since negative feedback exists between the fourteenth node 14 and the eleventh node (candidate node) 11, a decrease in the activity of the fourteenth node 14 causes an increase in the activity of the candidate node 11.

따라서, 상기 섭동에 의해 표적노드(12)의 활성도가 감소하면, 후보노드(11)의 활성도는 기본적으로, 증가한다. 또한, 상술한 바와 같이 섭동확률이 더 높은 값으로 설정될수록 제14노드(14)의 활성도의 하락폭이 커지기 때문에, 섭동확률이 더 높은 값으로 설정될수록, 후보노드(11)의 활성도는 도 4의 (a)에 비하여 그 상승폭이 증가한다.Therefore, when the activity of the target node 12 decreases due to the perturbation, the activity of the candidate node 11 basically increases. In addition, as described above, as the perturbation probability is set to a higher value, the drop in the activity of the fourteenth node 14 increases. Therefore, as the perturbation probability is set to a higher value, the activity of the candidate node 11 Compared to (a), the rise is increased.

이하 상술한 네거티브 피드백에 의한 영향이 시간이 지남에 따라 어떤 결과를 초래하는지 도 5를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the effect of the above-described negative feedback over time will be described with reference to FIG. 5 .

도 5는 제1 네거티브 피드백 루프에 포함된 표적노드(12)에 약물 1에 의한 섭동을 가한 경우 표적노드(12)의 활성도에 의해 조절되는 제14노드(14)의 활성도의 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다. 5 shows the change over time of the activity of the 14th node 14 controlled by the activity of the target node 12 when perturbation by drug 1 is applied to the target node 12 included in the first negative feedback loop. it is shown

도 5의 (i)은 표적노드(12)에 섭동을 가하지 않은 상태이다.In (i) of FIG. 5 , perturbation is not applied to the target node 12 .

도 5의 (ii)는 표적노드(12)에 섭동을 가한 초기상태이다. 이때, 도 5의 아래족 그래프에 나타낸 바와 같이 제14노드(14)의 활성도는 섭동을 가하기 이전보다 하락한다. 이는 도 4의 (b)에서 설명한 바와 같이, 일단 제14노드(14) 활성도가 감소하기 때문이다. 5(ii) is an initial state in which perturbation is applied to the target node 12. At this time, as shown in the lower group graph of FIG. 5, the activity of the fourteenth node 14 is lower than before the perturbation. As described in (b) of FIG. 4, this is because the activity of the 14th node 14 once decreases.

도 5의 (iii) 및 (iv)를 살펴보면, 시간이 지남에 따라 다시 제14노드(14)의 활성도가 증가함을 알 수 있다. 이것은 도 4의 (b)에서 설명한 바와 같이, 후보노드(11)의 활성도가 증가하기 때문에, 이 증가한 활성도가 다시 표적노드(12)의 활성도를 증가시키는데, 이때, 후보노드(11)의 활성도 증가가 표적노드(12)에 미치는 영향이 섭동이 표적노드(12)에 미치는 영향보다 큰 경우에 발생할 수 있음을 이해할 수 있다.Looking at (iii) and (iv) of FIG. 5 , it can be seen that the activity of the 14th node 14 increases over time. As described in (b) of FIG. 4, since the activity of the candidate node 11 increases, this increased activity again increases the activity of the target node 12. At this time, the activity of the candidate node 11 also increases. It can be understood that this may occur when the effect of the perturbation on the target node 12 is greater than the effect of the perturbation on the target node 12.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 활성변화를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method for calculating a change in activity according to an embodiment of the present invention.

본 발명이 일 실시예에서, 도 3에 나타낸 상기 활성변화를 산출하는 단계(S10)는, 다음의 단계들을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step (S10) of calculating the activity change shown in FIG. 3 may include the following steps.

단계(S110)에서, 상기 섭동확률로서 복수 개의 섭동확률들을 설정할 수 있다.In step S110, a plurality of perturbation probabilities may be set as the perturbation probabilities.

단계(S120)에서, 상기 설정된 복수 개의 섭동확률 각각에 대하여 산출한 상기 차이값들을 모두 더한 값을 기초로 상기 활성변화를 결정할 수 있다. In step S120, the activity change may be determined based on a value obtained by summing all the difference values calculated for each of the plurality of set perturbation probabilities.

도 6에 나타낸 방법의 이해를 돕기 위하여 도 7을 함께 참조하여 설명한다.In order to help understand the method shown in FIG. 6, it will be described with reference to FIG. 7 together.

도 7은 도 4에 나타낸 두 개의 그래프를 다시 도시한 것이다.FIG. 7 is another representation of the two graphs shown in FIG. 4 .

도 7의 (a)에는 도 4의 (a)에 나타낸 후보노드(11)의 활성도를 섭동확률(x%)을 따라 적분한 값인 제1값(A1)을 빗금으로 표현하였다.In (a) of FIG. 7, a first value (A1), which is a value obtained by integrating the activity of the candidate node 11 shown in (a) of FIG.

도 7의 (b)에는 도 4의 (b)에 나타낸 후보노드(11)의 활성도를 섭동확률(x%)을 따라 적분한 값인 제2값(A2)을 빗금으로 표현하였다.In (b) of FIG. 7, a second value (A2), which is a value obtained by integrating the activity of the candidate node 11 shown in (b) of FIG.

상기 활성변화는 상기 제2값(A2)에서 상기 제1값(A1)을 차감한 값에 비례하도록 되어 있을 수 있다. The activity change may be proportional to a value obtained by subtracting the first value A1 from the second value A2.

도 6의 단계(S110)에서 복수 개의 섭동확률을 설정한다는 것은, 도 7의 가로축에 나타낸 확률 0% ~ 100% 중 몇 개의 값을 선택한다는 의미일 수도 있고, 또는 상기 확률 0% ~ 100%을 모두 선택한다는 의미일 수도 있다. 개념적으로는 상기 확률 0% ~ 100%을 모두 선택하여 상술한 적분한 값인 제1값 및 제2값을 얻을 수도 있겠지만, 실제 시뮬레이션에서는 상기 확률 0% ~ 100% 중 몇 개의 값만을 선택하게 될 수 있다. Setting a plurality of perturbation probabilities in step S110 of FIG. 6 may mean selecting some values among the probabilities 0% to 100% shown on the horizontal axis of FIG. 7, or the probabilities 0% to 100% It could mean choosing all of them. Conceptually, it is possible to select all of the probabilities of 0% to 100% to obtain the first and second values, which are the above-mentioned integral values, but in actual simulation, only a few of the probabilities of 0% to 100% may be selected. there is.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 활성변화를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of calculating activity change according to another embodiment of the present invention.

본 발명이 다른 실시예에서, 도 3에 나타낸 상기 활성변화를 산출하는 단계(S10)는, 다음의 단계들을 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the step (S10) of calculating the activity change shown in FIG. 3 may include the following steps.

단계(S210)에서, 상기 섭동확률을 100%로 설정할 수 있다. In step S210, the perturbation probability may be set to 100%.

단계(S220)에서, 상기 100%의 섭동확률에 대하여 산출한 상기 차이값을 기초로 상기 활성변화를 결정할 수 있다. In step S220, the activity change may be determined based on the difference value calculated for the perturbation probability of 100%.

이 실시예는 도 6에 나타낸 실시예에서 x=100만으로 설정한 예이다. This embodiment is an example in which x = 1 million is set in the embodiment shown in FIG. 6 .

본 발명의 일 실시예에서 상기 암 신호전달 네트워크(1)는 확률적 부울리언 네트워크로 모델링 된 것일 수 있다. 즉, 암 신호전달 네트워크(1)는 0 또는 1의 두 가지 숫자 중 어느 하나만을 갖도록 되어 있다. 그리고 이때, 상기 표적노드(12)의 활성은 x%의 확률로 억제될 수 있다. 즉, x%의 확률로 상기 표적노드(12)의 값은 0으로 고정되고, (100-x)%의 확률로는 상기 표적노드의 값이 상기 암 신호전달 네트워크(1)의 상태를 결정하는 상태방정식 또는 진리표에 따라 결정된다. 즉, (100-x)%의 확률로는 상기 표적노드(12)는 0 또는 1의 값을 가질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the cancer signaling network 1 may be modeled as a stochastic Boolean network. That is, the cancer signaling network 1 has only one of two numbers, 0 or 1. And at this time, the activity of the target node 12 can be suppressed with a probability of x%. That is, with a probability of x%, the value of the target node 12 is fixed to 0, and with a probability of (100-x)%, the value of the target node determines the state of the cancer signaling network 1. It is determined according to the equation of state or the truth table. That is, with a probability of (100-x)%, the target node 12 may have a value of 0 or 1.

바람직한 일 실시예에서, 상기 후보노드(11)의 활성도는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따란 제공되는 시뮬레이션을 수행하는 도중 상기 후보노드(11)가 갖는 값들의 평균값으로 정의될 수도 있다.In a preferred embodiment, the activity of the candidate node 11 may be defined as an average value of values of the candidate node 11 while performing a simulation provided according to an embodiment of the present invention described later.

또는, 상기 후보노드(11)의 활성도는 상기 후보노드(11)가 나타내는 단백질의 인산화형의 농도에 관한 값을 기초로 산출될 수 있다. Alternatively, the activity of the candidate node 11 may be calculated based on a value related to the concentration of the phosphorylated form of the protein represented by the candidate node 11 .

또는, 상기 후보노드(11)의 활성도는 상기 후보노드(11)가 나타내는 신호전달분자의 양에 관한 값을 기초로 산출될 수 있다. Alternatively, the activity of the candidate node 11 may be calculated based on a value related to the amount of signaling molecules represented by the candidate node 11 .

상기 후보노드(11)가 나타내는 신호전달분자의 양에 관한 값을 기초로 산출될 수 있다.It can be calculated based on the value of the amount of signal transduction molecules represented by the candidate node 11 .

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 조합표적노드를 결정하는 방법은 다음의 단계들을 더 포함할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 3, the method for determining the combination target node may further include the following steps.

단계(S40)에서, 상기 암 신호전달 네트워크(1)를 노미널 네트워크(2)과 비교하여, 변이가 발생한 노드들의 인커밍 링크들을 제거할 수 있다. In step S40, the cancer signaling network 1 is compared with the nominal network 2, and incoming links of nodes where mutations occur may be removed.

도 1에 나타낸 암 신호전달 네트워크(1)에서 제15노드(15)에 변이가 발생하지 않았다고 가정한다면, 도 1에 나타낸 네트워크는 상기 노미널 네트워크(2)로 간주될 수 있을 것이다.Assuming that mutation does not occur at the fifteenth node 15 in the cancer signaling network 1 shown in FIG. 1 , the network shown in FIG. 1 can be regarded as the nominal network 2 .

도 9에는 도 1에 나타낸 암 신호전달 네트워크(1)의 노드들 중 변이가 발생한 노드인 제15노드(15)의 인커밍 노드를 제거한 상태를 갖는 암 신호전달 네트워크(1')를 나타내었다. 이렇게 함으로써, 도 2의 (c)에 나타낸 제3 네거티브 피드백 루프(NFL3)가 정의되지 않는다. FIG. 9 shows a dark signaling network 1' having a state in which an incoming node of a fifteenth node 15, which is a node where a mutation has occurred, is removed among the nodes of the dark signaling network 1 shown in FIG. 1 . By doing this, the third negative feedback loop (NFL3) shown in Fig. 2 (c) is not defined.

신호전달 네트워크에 있어서, 한 개의 노드에는 인커밍 링크 및/또는 아웃고잉 링크가 연결되어 있을 수 있다. 인커밍 링크는 한 개의 다른 노드의 활성도가 상기 한 개의 노드의 활성도에 영향을 미치는 경우, 이를 표현하기 위하여 상기 한 개의 다른 노드로부터 상기 한 개의 노드까지 연결되는 화살표 머리 모양 또는 못(nail) 모양의 링크일 수 있다. 아웃고잉 링크는 상기 한 개의 노드의 활성도가 또 다른 한 개의 노드의 활성도에 영향을 미치는 경우, 이를 표현하기 위하여 상기 한 개의 노드로부터 상기 또 다른 한 개의 노드까지 연결되는 화살표 머리 모양 또는 못(nail) 모양의 링크일 수 있다.In a signaling network, an incoming link and/or an outgoing link may be connected to one node. An incoming link is an arrowhead or nail shape connected from one other node to the one node to represent when the activity of one other node affects the activity of the one node. can be a link An outgoing link is an arrow head shape or nail connected from one node to another node to represent when the activity of one node affects the activity of another node. It can be a shaped link.

그 다음, 단계(S50)에서, 상기 인커밍 링크들이 제거된 상태의 상기 암 신호전달 네트워크(1')에서, 상기 후보노드(11)와 상기 표적노드(12)가 포함된 한 개 이상의 네거티브 피드백 루프들 중에서, 최단 피드백 길이를 갖는 제1 네거티브 피드백 루프의 피드백 길이인 최단 피드백 길이(LN)를 산출할 수 있다. Then, in step S50, in the dark signaling network 1' in which the incoming links are removed, one or more negative feedbacks including the candidate node 11 and the target node 12 are generated. Among the loops, the shortest feedback length (LN), which is the feedback length of the first negative feedback loop having the shortest feedback length, can be calculated.

도 9에 나타낸 예에서, 상기 후보노드(11)와 상기 표적노드(12)가 포함된 한 개 이상의 네거티브 피드백 루프들은 도 2의 (a) 및 (b)이다. 이때, 상기 최단 피드백 길이를 갖는 제1 네거티브 피드백 루프는 도 2의 (a)에 나타낸 NFL1이다. 이때, 상기 최단 피드백 길이를 갖는 제1 네거티브 피드백 루프의 최단 피드백 길이(LN)는 루프에 포함된 노드들의 개수인 4일 수 있다. In the example shown in FIG. 9 , one or more negative feedback loops including the candidate node 11 and the target node 12 are (a) and (b) of FIG. 2 . At this time, the first negative feedback loop having the shortest feedback length is NFL1 shown in (a) of FIG. In this case, the shortest feedback length (LN) of the first negative feedback loop having the shortest feedback length may be 4, which is the number of nodes included in the loop.

이때, 상기 스코어는 상기 제1 네거티브 피드백 루프(NLF1)의 피드백 길이(ex:4)에 반비례할 수 있다. 즉, 상기 스코어(Score)와 상기 최단 피드백 길이(LN)은 수식 2와 같은 관계를 가질 수 있다.At this time, the score may be in inverse proportion to the feedback length (ex: 4) of the first negative feedback loop (NLF1). That is, the score (Score) and the shortest feedback length (LN) may have a relationship as shown in Equation 2.

[수식 2][Equation 2]

Score = k2 / LN (k2는 비례상수)Score = k2 / LN (k2 is a constant of proportionality)

수식 1에 의한 판단기준과 수식 2에 의한 판단기준은 서로 조합될 수 있다. 이때, 스코어(Score)는 수식 3과 같은 관계를 가질 수 있다.The criterion according to Equation 1 and the criterion according to Equation 2 may be combined with each other. At this time, the score may have a relationship as shown in Equation 3.

[수식 3][Formula 3]

Score = k3 * SC / LN (k3는 비례상수)Score = k3 * SC / LN (k3 is a constant of proportionality)

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 조합표적노드를 결정하는 방법은 다음의 단계들(S60, S70)을 더 포함할 수 있다. 이하, 도 10을 함께 참조하여 설명한다.In addition, as shown in FIG. 3, the method for determining the combination target node may further include the following steps S60 and S70. Hereinafter, it will be described with reference to FIG. 10 together.

도 10은 도 1에 나타낸 암 신호전달 네트워크의 후보노드로부터 세포사멸노드 및 세포증식노드까지 향하는 바이패스 신호경로들을 나타낸 것이다. 상기 모든 바이패스 신호경로에는 어떠한 네거티브 피드백 루프도 포함되어 있지 않도록 할 수 있다. FIG. 10 shows bypass signal pathways from candidate nodes of the cancer signaling network shown in FIG. 1 to apoptosis nodes and cell proliferation nodes. All of the bypass signal paths may not include any negative feedback loops.

도 10의 (a)는 암 신호전달 네트워크(1)의 후보노드(11)로부터 세포사멸노드(33)까지 향하는 제1바이패스 신호경로들을 나타낸 것이다. 도 10의 (a)에서는 상기 제1바이패스 신호경로가 1개뿐인 것으로 예시하였지만, 암 신호전달 네트워크가 더 복잡해지면 이러한 경로는 복수 개가 존재할 수 있다. 10(a) shows the first bypass signal pathways from the candidate node 11 of the cancer signaling network 1 to the apoptosis node 33. In (a) of FIG. 10, it is illustrated that there is only one first bypass signal path, but if the dark signaling network becomes more complex, a plurality of such paths may exist.

도 10의 (a)는 암 신호전달 네트워크(1)의 후보노드(11)로부터 세포증식노드(31)까지 향하는 제2바이패스 신호경로들을 나타낸 것이다. 도 10의 (b)에서는 상기 제2바이패스 신호경로가 1개뿐인 것으로 예시하였지만, 암 신호전달 네트워크가 더 복잡해지면 이러한 경로는 복수 개가 존재할 수 있다.10(a) shows second bypass signal pathways from the candidate node 11 of the cancer signaling network 1 to the cell proliferation node 31. In (b) of FIG. 10, it is illustrated that there is only one second bypass signal path, but if the dark signaling network becomes more complex, there may be a plurality of such paths.

단계(S60)에서, 상기 후보노드(11)로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포사멸노드까지의 제1바이패스 신호전달 효과(BA)를 산출할 수 있다. 제1바이패스 신호전달 효과(BA)는 실수값을 가질 수 있다. In step S60, a first bypass signaling effect (BA) from the candidate node 11 to the apoptosis node of the cancer signaling network may be calculated. The first bypass signaling effect BA may have a real value.

이때, 단계(S60)은 다음 단계들을 포함할 수 있다. At this time, step S60 may include the following steps.

단계(S61)에서, 상기 후보노드(11)로부터 상기 암 신호전달 네트워크(1)의 세포사멸노드(33)까지의 신호전달경로들 중, 그 안에 네거티브 피드백 루프가 포함되지 않은 제1바이패스 신호전달경로들을 선정할 수 있다. In step S61, among the signal transmission pathways from the candidate node 11 to the apoptosis node 33 of the cancer signaling network 1, the first bypass signal does not include a negative feedback loop therein. Delivery routes can be selected.

단계(S62)에서, 각각의 상기 제1바이패스 신호전달경로에 대하여, 상기 후보노드(11)의 활성도가 억제됨에 따라 상기 세포사멸노드(33)의 활성도가 증가하는 정도를 기초로 신호전달 효과를 산출할 수 있다. In step S62, for each of the first bypass signal transduction pathway, as the activity of the candidate node 11 is suppressed, the signal transduction effect is based on the degree to which the activity of the apoptosis node 33 increases. can be calculated.

예컨대 상기 후보노드(11)의 활성도가 억제됨에 따라 상기 세포사멸노드(33)의 활성도가 증가한다면 상기 신호전달 효과는 양의 값을 가질 수 있고, 반대로 상기 세포사멸노드(33)의 활성도가 감소한다면 상기 신호전달 효과는 음의 값을 가질 수 있다.For example, if the activity of the apoptosis node 33 increases as the activity of the candidate node 11 is suppressed, the signal transduction effect may have a positive value, and conversely, the activity of the apoptosis node 33 decreases. If so, the signaling effect may have a negative value.

단계(S63)에서, 각각의 상기 제1바이패스 신호전달경로에 대하여 얻은 상기 신호전달 효과들을 기초로, 상기 제1바이패스 신호전달 효과(BA)를 산출할 수 있다. In step S63, the first bypass signal transfer effect BA may be calculated based on the signal transfer effects obtained for each of the first bypass signal transfer paths.

예컨대 상기 신호전달 효과들이 모드 양의 값을 갖는다면, 상기 제1바이패스 신호전달 효과(BA) 역시 양의 값을 가질 것이다. 반대로 상기 제1바이패스 신호전달 효과(BA)가 음의 값을 갖는 경우도 발생할 수 있다.For example, if the signaling effects have a positive value, the first bypass signaling effect BA will also have a positive value. Conversely, the first bypass signal transmission effect BA may have a negative value.

이때, 후보노드(11)의 활성도가 더 억제될수록 상기 세포사멸노드(33)의 활성도가 증가한다면, 후보노드(11)를 상기 표적노드(12)와 함께 섭동되어야 하는 조합표적노드로 결정할 가능성이 더 커질 것이다. At this time, if the activity of the apoptosis node 33 increases as the activity of the candidate node 11 is further suppressed, the possibility of determining the candidate node 11 as a combination target node to be perturbed together with the target node 12 It will get bigger.

즉, 상기 제1바이패스 신호전달 효과(BA)가 양의 값을 갖는다면 상기 스코어(Score) 증가되도록 할 수 있다. That is, if the first bypass signaling effect BA has a positive value, the score may be increased.

단계(S70)에서, 상기 후보노드(11)로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포증식노드까지의 제2바이패스 신호전달 효과(BP)를 산출할 수 있다. 제2바이패스 신호전달 효과(BP)는 실수값을 가질 수 있다. In step S70, a second bypass signaling effect (BP) from the candidate node 11 to the cell proliferation node of the cancer signaling network may be calculated. The second bypass signaling effect BP may have a real value.

이때, 단계(S70)은 다음 단계들을 포함할 수 있다. At this time, step S70 may include the following steps.

단계(S71)에서, 상기 후보노드(11)로부터 상기 암 신호전달 네트워크(1)의 세포증식노드(31)까지의 신호전달경로들 중, 그 안에 네거티브 피드백 루프가 포함되지 않은 제2바이패스 신호전달경로들을 선정할 수 있다. In step S71, among the signal transmission pathways from the candidate node 11 to the cell proliferation node 31 of the cancer signaling network 1, the second bypass signal does not include a negative feedback loop therein. Delivery routes can be selected.

단계(S72)에서, 각각의 상기 제2바이패스 신호전달경로에 대하여, 상기 후보노드(11)의 활성도가 억제됨에 따라 상기 세포증식노드(31)의 활성도가 억제되는 정도를 기초로 신호전달 효과를 산출할 수 있다. In step S72, for each of the second bypass signal transduction pathways, as the activity of the candidate node 11 is inhibited, the signal transduction effect is determined based on the degree to which the activity of the cell proliferation node 31 is inhibited. can be calculated.

예컨대 상기 후보노드(11)의 활성도가 억제됨에 따라 상기 세포증식노드(31)의 활성도가 감소한다면 상기 신호전달 효과는 양의 값을 가질 수 있고, 반대로 상기 세포증식노드(31)의 활성도가 증가한다면 상기 신호전달 효과는 음의 값을 가질 수 있다.For example, if the activity of the cell proliferation node 31 decreases as the activity of the candidate node 11 is suppressed, the signal transduction effect may have a positive value, and conversely, the activity of the cell proliferation node 31 increases. If so, the signaling effect may have a negative value.

단계(S73)에서, 각각의 상기 제2바이패스 신호전달경로에 대하여 얻은 상기 신호전달 효과들을 기초로, 상기 제2바이패스 신호전달 효과(BP)를 산출할 수 있다. In step S73, the second bypass signal transfer effect BP may be calculated based on the signal transfer effects obtained for each of the second bypass signal transfer paths.

예컨대 상기 신호전달 효과들이 모드 양의 값을 갖는다면, 상기 제2바이패스 신호전달 효과(BP) 역시 양의 값을 가질 것이다. 반대로 상기 제2바이패스 신호전달 효과(BP)가 음의 값을 갖는 경우도 발생할 수 있다.For example, if the signaling effects have a positive value, the second bypass signaling effect BP will also have a positive value. Conversely, the second bypass signaling effect BP may have a negative value.

이때, 후보노드(11)의 활성도가 더 억제될수록 상기 세포증식노드(31)의 활성도가 감소한다면, 후보노드(11)를 상기 표적노드(12)와 함께 섭동되어야 하는 조합표적노드로 결정할 가능성이 더 커질 것이다. At this time, if the activity of the cell proliferation node 31 decreases as the activity of the candidate node 11 is further suppressed, the possibility of determining the candidate node 11 as a combination target node to be perturbed together with the target node 12 It will get bigger.

즉, 상기 제2바이패스 신호전달 효과(BP)가 양의 값을 갖는다면 상기 스코어(Score) 증가되도록 할 수 있다. That is, if the second bypass signaling effect BP has a positive value, the score may be increased.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제1바이패스 신호전달 효과 및 제2바이패스 신호전달 효과를 산출하는 구체적인 방법을 나타낸 순서도이다.11 is a flowchart illustrating a specific method of calculating a first bypass signaling effect and a second bypass signaling effect according to an embodiment of the present invention.

상술한 제1바이패스 신호전달 효과(BA)와 상기 제2바이패스 신호전달 효과(BP)를 함께 고려하여, 수식 4와 같이 제시할 수 있다.Equation 4 can be presented by considering the above-described first bypass signaling effect BA and the second bypass signaling effect BP together.

[수식 4][Formula 4]

Score = k4 * (BA + BP) (k4는 비례상수)Score = k4 * (BA + BP) (k4 is a constant of proportionality)

수식 3과 수식 4를 조합하여 수식 5와 같이 제시할 수 있다. Equation 3 and Equation 4 can be combined and presented as Equation 5.

[수식 5][Formula 5]

Score = k * SC * (BA + BP) / LN (k는 비례상수)Score = k * SC * (BA + BP) / LN (k is a constant of proportionality)

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 조합표적노드를 결정하는 방법은 다음의 단계(S80)을 더 포함할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 3, the method for determining the combination target node may further include the following step (S80).

단계(S80)에서, 상기 활성변화(SC)에 비례하고, 상기 제1바이패스 신호전달 효과(BA)와 상기 제2바이패스 신호전달 효과(BP)의 합에 비례하고, 상기 최단 피드백 길이(LN)에 반비례하는 스코어를 산출하여, 상기 스코어의 값을 기초로 상기 후보노드(11)를 상기 조합표적노드로 삼을 것인지 여부를 결정할 수 있다.In step S80, it is proportional to the activation change (SC), proportional to the sum of the first bypass signaling effect (BA) and the second bypass signaling effect (BP), and the shortest feedback length ( A score inversely proportional to LN) is calculated, and based on the value of the score, it is possible to determine whether to use the candidate node 11 as the combination target node.

만일 후보노드를 복수 개 선택하였다면, 각각의 후보노드에 대하여 상기 스코어를 산출할 수 있다. 이때, 가장 큰 스코어를 갖는 상위 N개의 후보노드를 상기 조합표적노드로 간주할 수도 있고(N은 자연수 중 선택), 또는 미리 결정된 임계값을 넘는 스코어를 갖는 후보노드들을 모두 조합표적노드로서 간주할 수도 있다.If a plurality of candidate nodes are selected, the score may be calculated for each candidate node. At this time, the top N candidate nodes with the highest scores may be considered as the combination target nodes (N is selected from natural numbers), or all candidate nodes with scores exceeding a predetermined threshold may be considered as combination target nodes. may be

상술한 최소 피드백 길이(LN), 신호전달 효과(BP), 및 신호전달 효과(BA)를 구할 때에, 수식에서 항상 경로 길이(path length)로 나눈다. 그 이유는 첫째, 네트워크에서 상위 경로에서 하위로 내려오는 경로가 많이 존재하고, 각 경로는 경쟁적 관계에 있기 때문에. 상위 경로의 물질의 활성도가 실제로는 하위 경로의 한 물질로 그대로 다 전달되기 힘들기 때문이다. 둘째, 연구 결과에 따르면 길이가 짧은 피드백이 더 영향력이 있기 때문이다. 따라서 길이가 긴 경로 및 피드백은 그 영향력이 낮다고 생각될 수 있기에, 최소 피드백 길이(LN), 신호전달 효과(BP), 및 신호전달 효과(BA)를 산출하기 위한 수식은 그 경로 길이로 나누는 구조를 포함할 수 있다.When obtaining the aforementioned minimum feedback length (LN), signaling effect (BP), and signaling effect (BA), always divide by the path length in the formula. The reason for this is, first, that there are many paths descending from an upper path to a lower level in the network, and each path is in a competitive relationship. This is because it is difficult for the activity of a substance in the upper pathway to be transferred as it is to one substance in the lower pathway. Second, research shows that short feedback is more influential. Therefore, long paths and feedbacks can be considered to have low influence, so the formulas for calculating the minimum feedback length (LN), signaling effect (BP), and signaling effect (BA) are divided by the path length. can include

또한 최소 피드백 길이(LN)를 계산할 때에 네거티브 피드백의 영향만을 고려할 수 있다. 그 이유는 현재 극복하고자 하는 적응형 내성(adaptive resistance)이 네거티브 피드백 구조에서 유발될 수 있다고 밝혀져 있기 때문이다.In addition, when calculating the minimum feedback length (LN), only the negative feedback effect can be considered. The reason is that it has been found that the adaptive resistance that is currently being overcome can be induced in a negative feedback structure.

본 발명을 단순하게 적용하면, 주어진 네트워크에서 단순히 모든 약물 조합 시뮬레이션을 수행하여 내성을 극복하는 최적의 조합 타겟을 찾을 수도 있다. 그러니 본 발명의 단순하게 적용한다면, 네트워크 크기가 커질수록 계산복잡도가 증가하게 되고, 또한 여기서 제안하는 시뮬레이션 방법은 동일한 약물 조합에 대해서도 약물 타겟 노드의 억제 정도를 다르게 반복해서 계산을 수행해야 되기에 한계가 있다. 따라서 적응형 내성 기작을 고려하여 최적의 조합 타겟을 예측해줄 수 있는 스코어를 개발할 수 있다. If the present invention is simply applied, an optimal combination target that overcomes resistance may be found by simply performing all drug combination simulations in a given network. Therefore, if the present invention is simply applied, the computational complexity increases as the network size increases, and the simulation method proposed here has limitations in that the calculation must be repeatedly performed with different degrees of suppression of drug target nodes even for the same drug combination. there is Therefore, a score capable of predicting the optimal combination target can be developed by considering the adaptive resistance mechanism.

<실시예 - 활성도의 산출방법><Example - Calculation method of activity>

상술한 본 발명에 관한 설명은 산출된 활성도의 값을 이용할 있음을 전제로 한 것이다. 이하, 상기 활성도를 산출하는 일 실시예에 대하여 설명한다.The above description of the present invention is based on the premise that the calculated activity value can be used. Hereinafter, an embodiment of calculating the activity will be described.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 정의되는 확률적 타겟섭동그래프의 형태를 나타낸 것이다.19 illustrates a form of a stochastic target perturbation graph defined according to an embodiment of the present invention.

도 19는 특정 단백질의 활성화를 억제하는 특정 약물에 관한 것이다. 상기 특정 단백질은 상기 부울리언 생체네트워크 모델의 특정 노드에 대응할 수 있다. 또한 상기 특정 약물을 투여한다는 것은 상기 특정 노드의 값을 0으로 강제로 고정하는 섭동을 한다는 것으로 이해할 수 있다.19 relates to specific drugs that inhibit the activation of specific proteins. The specific protein may correspond to a specific node of the Boolean bionetwork model. In addition, administering the specific drug can be understood as performing a perturbation that forcibly fixes the value of the specific node to 0.

도 19에서 가로축의 변수 x는 다음과 같은 의미를 갖는다.In FIG. 19, the variable x on the horizontal axis has the following meaning.

첫째, 변수 x는 0 내지 100이 값을 가지며, %의 의미를 갖는다.First, the variable x has a value between 0 and 100 and has a meaning of %.

둘째, 변수 x는 상기 특정 약물의 투여에 대응하는 상기 부울리언 네트워크의 섭동에 의해 상기 타겟 노드의 상태값이 반드시 0으로 고정될 가능성이 x%임을 나타낸다. 이때, (100-x)%의 확률로, 상기 타겟 노드의 상태값은 반드시 0으로 고정되는 것이 아니라, 상기 타겟 노드의 상태값은 상기 타겟 노드의 상태값을 결정하는 상태변화 방정식에 따라 결정된다. 따라서 상기 타겟 노드의 상태값은 상기 상태변화 방정식에 의해 0 또는 1의 값 중 어느 하나를 갖게 된다.Second, the variable x indicates that the probability that the state value of the target node is always fixed to 0 due to the perturbation of the Boolean network corresponding to the administration of the specific drug is x%. At this time, with a probability of (100-x)%, the state value of the target node is not necessarily fixed to 0, but the state value of the target node is determined according to the state change equation for determining the state value of the target node. . Accordingly, the state value of the target node has either a value of 0 or 1 according to the state change equation.

도 19에 나타낸 그래프의 세로축은 세포의 신호전달 네트워크를 부울리언 네트워크로 모델링하였을 때에, 성정된 임의의 노드의 활성도의 값을 나타낸 것이다. 상기 활성도는 0% 내지 100%의 값을 가질 수 있으며, 그 구체적인 값은 상기 x의 값에 따라 달라질 수 있다. 상기 임의의 노드가 세포의 운명을 결정하는 노드, 즉 세포의 사멸, 증식, 또는 성장중지를 나타내는 노드인 경우 상기 세로축은 상기 세포의 운명을 나타내는 값으로 간주될 수 있다.The vertical axis of the graph shown in FIG. 19 represents the activity value of an arbitrary node grown when a cell's signaling network is modeled as a Boolean network. The activity may have a value of 0% to 100%, and the specific value may vary depending on the value of x. When the arbitrary node is a node that determines the fate of a cell, that is, a node that indicates cell death, proliferation, or suspension of growth, the vertical axis may be regarded as a value representing the cell fate.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 특정 노드의 활성도를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.20 is a flowchart illustrating a method of calculating activity of a specific node according to an embodiment of the present invention.

단계(S100)에서, 특정 세포에 대한 부울리언 생체신호전달 네트워크 모델을 결정한다. In step S100, a Boolean bio-signaling network model for a specific cell is determined.

상기 부울리언 생체신호전달 네트워크 모델은 간단히 부울리언 네트워크라고 지칭할 수도 있다.The Boolean bio-signaling network model may simply be referred to as a Boolean network.

상기 부울리언 네트워크를 결정함에 따라 상기 부울리언 네트워크의 노드-링크 구조 및 노드들의 상태값의 시간에 따른 변화를 결정하는 상태변화 방정식 세트가 결정될 수 있다. 상기 상태변화 방정식 세트에 따라 상기 부울리언 네트워크의 상태값의 시간에 따른 천이를 알아낼 수 있다. 상기 부울리언 네트워크의 상태값은 이산적(discrete) 시간의 흐름에 따라 변화할 수 있다. 상기 부울리언 네트워크의 한 개의 상태값은 N개의 바이너리 값을 조합으로 제시될 수 있다. 여기서 N은 상기 부울리언 네트워크에 포함된 노드의 개수일 수 있다.As the Boolean network is determined, a set of state change equations for determining the change over time of the node-link structure and state values of nodes of the Boolean network may be determined. Transition over time of the state value of the Boolean network can be found according to the set of state change equations. The state value of the Boolean network may change according to the flow of discrete time. One state value of the Boolean network may be presented as a combination of N binary values. Here, N may be the number of nodes included in the Boolean network.

상기 부울리언 네트워크는 N개의 노드들과 이들을 연결하는 복수 개의 링크들로 구성된 것일 수 있다. 상기 부울리언 네트워크는 총 2^N개의 초기 상태값을 가질 수 있다. 상기 총 2^N개의 초기 상태값은 이하, 초기 상태값(m)(m은 1 내지 2^N의 자연수 중 어느 하나)으로 표현될 수도 있다.The Boolean network may be composed of N nodes and a plurality of links connecting them. The Boolean network may have a total of 2^N initial state values. The total of 2^N initial state values may be expressed as an initial state value m (m is any one of natural numbers from 1 to 2^N).

상기 복수 개의 노드 중 어느 하나의 노드의 값은 상기 특정 세포의 사멸, 또는 성장, 또는 성장중지에 연관되어 있다.A value of any one of the plurality of nodes is related to death, growth, or suspension of growth of the specific cell.

상기 각각의 노드는 0 또는 1 둘 중 하나의 값을 갖는다.Each node has a value of either 0 or 1.

상기 특정 세포는 암 환자의 특정 암세포이거나 또는 상기 암 환자의 정상세포일 수 있다.The specific cells may be specific cancer cells of a cancer patient or normal cells of the cancer patient.

상기 특정 암세포에 대한 상기 부울리언 네트워크인 암세포 부울리언 네트워크는, 상기 정상세포에 대한 상기 부울리언 네트워크인 정상세포 부울리언 네트워크로부터 변이된 것일 수 있다. 예컨대, 상기 암세포 부울리언 네트워크의 특정 노드의 상태값을 결정하는 상태천이 방정식은 상기 정상세포 부울리언 네트워크의 상기 특정 노드의 상태값을 결정하는 상태천이 방정식과 다를 수 있다. 예컨대, 상기 암세포 부울리언 네트워크의 특정 노드의 상태값은 시간의 흐름에 따라 변화하지 않고 특정 값으로 고정되어 있을 수 있다. The cancer cell Boolean network, which is the Boolean network for the specific cancer cell, may be a mutation from the normal cell Boolean network, which is the Boolean network for the normal cell. For example, a state transition equation for determining the state value of a specific node of the cancer cell Boolean network may be different from a state transition equation for determining the state value of the specific node of the normal cell Boolean network. For example, the state value of a specific node of the cancer cell Boolean network may be fixed at a specific value without changing over time.

일 실시예에서, 상기 암세포 부울리언 네트워크의 노드-링크 구조 및 그 연결관계는 상기 정상세포 부울리언 네트워크의 노드-링크 구조 및 그 연결관계와 동일할 수 있다. 다만, 상기 정상세포 부울리언 네트워크의 특정 제1노드는 상기 암세포 부울리언 네트워크에서는 변이노드라고 지칭될 수 있으며, 이때, 상기 특정 제1노드의 상태값 변화를 결정하는 상태천이 방정식과 상기 변이노드의 상태값 변화를 결정하는 상태천이 방정식은 서로 다를 수 있다. 상기 암세포 부울리언 네트워크에서 상기 변이노도는 1개 또는 복수 개 존재할 수 있다.In one embodiment, the node-link structure and connection relationship of the cancer cell Boolean network may be the same as the node-link structure and connection relationship of the normal cell Boolean network. However, the specific first node of the normal cell Boolean network may be referred to as a mutation node in the cancer cell Boolean network, and at this time, the state transition equation for determining the state value change of the specific first node and the mutation node State transition equations that determine state value changes may be different. In the cancer cell Boolean network, one or more mutations may exist.

이하 도 20을 참조하여 설명한다.It will be described with reference to FIG. 20 below.

도 20에 제시된 일련의 단계(S110), 단계(S111), 단계(S112), 및 단계(S113)를 포함하는 제1프로세스(P1)가 서로 다른 m값에 대하여 복수 회 반복하여 수행할 수 있다. 여기서, m은 1 내지 M=2^N의 자연수 중 선택된 어느 하나의 값일 수 있으며, N은 부울리언 네트워크의 노드의 총 개수일 수 있다.The first process (P1) including a series of steps (S110), (S111), (S112), and (S113) shown in FIG. 20 may be repeatedly performed a plurality of times for different values of m. . Here, m may be any one value selected from among natural numbers from 1 to M=2^N, and N may be the total number of nodes in the Boolean network.

단계(S110)에서, 상기 부울리언 네트워크의 상태값을 초기 상태값(m, 1)으로 설정한다(m은 1 내지 M=2^N의 자연수 중 선택된 어느 하나의 값). In step S110, the state value of the Boolean network is set to an initial state value (m, 1) (m is a value selected from among natural numbers from 1 to M=2^N).

단계(S111)에서, 상기 상태변화 방정식 세트에 기반하여, 상기 부울리언 네트워크의 상태값을 k번째 상태값(m, k)으로부터 k+1번째 상태값(m, k+1)으로 변화시키는 컴퓨터 시뮬레이션을 실행한다(k=1 내지 i의 자연수). 여기에서 ( , )안의 첫 번째 인자는 부울리언 네트워크의 초기값을 나타내는 것이고, 두 번째 인자는 시간을 나타낸다. 상기 k+1번째 상태값(m, k+1)은 k번째 상태값(m, k)의 바로 다음의 상태값이다.In step S111, a computer that changes the state value of the Boolean network from the k-th state value (m, k) to the k+1-th state value (m, k+1) based on the state change equation set. Run the simulation (k = a natural number from 1 to i). Here, the first factor in ( , ) represents the initial value of the Boolean network, and the second factor represents the time. The k+1th state value (m, k+1) is a state immediately following the kth state value (m, k).

상기 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 상기 초기 상태값(m, 1)을 포함하여, 상기 초기 상태값(m, 1)으로부터 변화한 일련의 i+1개의 상태값들을 얻을 수 있다. A series of i+1 state values changed from the initial state value (m, 1), including the initial state value (m, 1), can be obtained by the computer simulation.

단계(S112)에서, 상기 초기 상태값(m, 1)으로부터 산출된 i+1개의 상태값들 중 복수 개(=j개)의 상태값들을 모집합으로 삼고, 상기 모집합 내의 상태값들의 평균값을 산출하여, 상기 평균값을 상기 초기 상태값(m, 1)에 대한 활성도인 '활성도(m)'으로 정의할 수 있다.In step S112, a plurality of (=j) state values among the i+1 state values calculated from the initial state values (m, 1) are set as a population, and the average value of the state values in the population is calculated. By calculating , the average value can be defined as 'activity (m)', which is activity with respect to the initial state value (m, 1).

부울리언 네트워크가 갖는 노드의 개수가 N이라고 가정하면, 상기 개(=j개)의 상태값들 각각은 N개의 원소를 갖는 배열일 수 있다. 그리고 상기 평균값은 상기 N개의 원소 각각에 대하여 개별적으로 산출될 수 있다. 따라서 상기 활성도(m)은 N개의 원소를 갖는 배열로 제시될 수 있다. Assuming that the number of nodes of the Boolean network is N, each of the (=j) state values may be an array having N elements. And the average value may be calculated individually for each of the N elements. Thus, the activity (m) can be presented as an array with N elements.

단계(S113)에서, 상기 초기 상태값(m, 1)에 대한 상기 n번째 노드의 활성도인 '활성도(m, n)'를 결정할 수 있다. In step S113, 'activity (m, n)', which is the activity level of the nth node with respect to the initial state value (m, 1), can be determined.

상기 활성도(m)의 n번째 원소는 총 N개의 노드들 중 n번째 노드의 활성도를 나타낸다. 따라서 상기 초기 상태값(m, 1)에 대한 상기 n번째 노드의 활성도는 '활성도(m, n)'으로 표기될 수 있다. 이때, n은 1 내지 N의 자연수일 수 있다. 활성도(m, n)은 스칼라 값일 수 있다.The n-th element of the activity m represents the activity of the n-th node among a total of N nodes. Therefore, the activity of the n-th node with respect to the initial state value (m, 1) may be expressed as 'activity (m, n)'. In this case, n may be a natural number from 1 to N. Activities (m, n) may be scalar values.

이때, 상기 j는 i+1와 동일하거나 i+1보다 작은 값일 수 있다. 즉, 상기 산출된 복수 개(j개)의 상태값은 단계(S111)에서 산출한 i+1개의 상태값에서 선택된 것일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복수 개(j개)의 상태값들은 k번째 상태값으로부터 k+j-1번째 상태값들로 이루어진 것일 수도 있다(단, k+j-1=i+1, k>1). 상기 임의의 노드의 값은 0 또는 1의 값을 가질 수 있다. 따라서 만일 j=100인 경우, 상기 특정 관찰대상노드가 0의 값을 갖는 상태의 개수(j1)와 상기 특정 관찰대상노드가 1의 값을 갖는 상태의 개수(j2)의 합(j1+j2=j)은 100(=j)일 수 있다. 따라서 상기 평균값은 0 내지 1 사이의 실수값을 가질 수 있다는 점을 이해할 수 있다. 이는 0% 내지 100%의 확률값으로 대체되어 표현될 수도 있다.In this case, j may be equal to i+1 or smaller than i+1. That is, the calculated plurality of (j) state values may be selected from i+1 state values calculated in step S111. In one embodiment, the plurality of (j) state values may be composed of the k th state value to the k+j−1 th state values (however, k+j−1=i+1, k> One). The value of the arbitrary node may have a value of 0 or 1. Therefore, if j = 100, the sum of the number of states (j1) in which the specific observation target node has a value of 0 and the number of states (j2) in which the specific observation target node has a value of 1 (j1 + j2 = j) may be 100 (= j). Accordingly, it can be understood that the average value may have a real value between 0 and 1. This may be expressed by replacing it with a probability value of 0% to 100%.

상술한 바와 같이 제1프로세스(P1)를 서로 다른 m값에 대하여 복수 회 반복하여 수행하면, 예컨대 M=2^N회 반복하여 수행하면, n번째 노드에 대한 '활성도( ,n)'가 총 M개 획득될 수 있다. 여기서 '활성도( , n)'의 ( , )의 첫 번째 인자는 상기 부울리언 네트워크의 초기 상태값을 의미하며, 두 번째 인자(n)는 노드를 나타낸다. 이렇게 획득된 노드(n)에 대한 M개의 활성도( , n)들의 평균값을 노드(n)의 평균 활성도로 정의할 수 있으며, 이를 활성도(n)이라고 표기할 수 있다. N개의 노드들에 대하여 각각 구한 활성도(n)들을 조합하여 총 N개의 원소를 갖는 배열인 '활성도'를 구할 수 있다.As described above, if the first process (P1) is repeatedly performed a plurality of times for different values of m, for example, if it is repeated M = 2^N times, the 'activity (, n)' for the nth node is M can be obtained. Here, the first factor of ( , ) of 'activity ( , n)' means the initial state value of the Boolean network, and the second factor (n) indicates a node. The average value of the M activities ( , n ) of the node n obtained in this way may be defined as the average activity of the node n, and this may be expressed as the activity n. 'Activity', which is an array having a total of N elements, can be obtained by combining the activities (n) obtained for each of the N nodes.

일 실시예에서, 상기 제1프로세스(P1)는 아래의 조건 하에 수행될 수 있다. In one embodiment, the first process P1 may be performed under the following conditions.

첫째, k번째 상태값(m, k)으로부터 k+1번째 상태값(m, k+1)으로 변화시키는 컴퓨터 시뮬레이션에 있어서, 미리 결정된 특정한 섭동타겟노드의 상태값은 다음과 같은 규칙을 따르도록 되어 있을 수 있다(상기 특정한 섭동타겟노드는 모든 k에 대해 동일한 것으로 고정되어 있다).First, in the computer simulation of changing from the k-th state value (m, k) to the k+1-th state value (m, k+1), the state value of a specific perturbation target node determined in advance follows the following rule (The specific perturbation target node is fixed to be the same for all k).

둘째, 상기 상태변화 방정식 세트 중 상기 특정한 섭동타겟노드의 상태값을 결정하는 상태변화 방정식을 무시하고, 상기 특정한 섭동타겟노드의 상태값을 강제로 0으로 고정할 확률이 x%가 되도록 설정한다.Second, among the set of state change equations, the state change equation for determining the state value of the specific perturbation target node is ignored, and the probability of forcibly fixing the state value of the specific perturbation target node to 0 is set to be x%.

셋째, 상기 특정한 섭동타겟노드의 상태값이 상기 상태변화 방정식 세트 중 상기 특정한 섭동타겟노드의 상태값을 결정하는 상태변화 방정식에 따라 결정될 확률이 (100-x)%가 되도록 설정한다.Third, the probability that the state value of the specific perturbation target node is determined according to the state change equation for determining the state value of the specific perturbation target node among the set of state change equations is set to be (100-x)%.

즉, 상기 특정한 섭동타겟노드가 실제로 섭동될 가능성은 x%로 설정된다.That is, the probability that the specific perturbation target node is actually perturbed is set to x%.

이에 따라, 임의의 k에 대하여, 상기 부울리언 네트워크의 상태값이 k번째 상태값(m, k)으로부터 k+1번째 상태값(m, k+1)으로 변화하는 동안 상기 특정한 섭동타겟노드가 섭동될 가능성(=섭동 가능성, 섭동 확률, 또는 섭동 비율)은 x%로 고정된다. Accordingly, for a certain k, while the state value of the Boolean network changes from the k-th state value (m, k) to the k+1-th state value (m, k+1), the specific perturbation target node The probability of being perturbed (= probability of perturbation, probability of perturbation, or perturbation rate) is fixed at x%.

일 실시예에서, 상기 제1프로세스(P1)는 서로 다른 다양한 x값에 대하여 반복하여 수행될 수 있다. 예컨대, x를 0에서부터 100까지 1의 값만큼 변화시키면서 총 101번 반복하여 수행할 수 있다. 상기 제1프로세스(P1)가 한 번 수행될 때마다 노드(n)에 대한 활성도(n)를 한 개 산출할 수 있다. In one embodiment, the first process P1 may be repeatedly performed for various different values of x. For example, it may be repeated a total of 101 times while changing x by a value of 1 from 0 to 100. Each time the first process P1 is performed once, one activity n for the node n may be calculated.

지금까지 특정 노드에 대한 활성도를 산출하는 방법의 예시를 도 20을 참조하여 설명하였다. So far, an example of a method for calculating the activity of a specific node has been described with reference to FIG. 20 .

상기 섭동타겟노드가 특정되었다는 것은, 상기 섭동타겟노드의 활성도에 영향을 미치는 약물이 특정되었다는 것을 의미할 수 있다.When the perturbation target node is specified, it may mean that a drug that affects the activity of the perturbation target node is specified.

상기 특정 관찰대상노드는 상기 특정한 섭동타겟노드와 다른 노드일 수 있다. 예컨대 상기 특정 관찰대상노드는 상기 부울리언 네트워크의 노드들 중 caspase 효소에 대응하는 노드일 수 있다.The specific observation target node may be a node different from the specific perturbation target node. For example, the specific observation target node may be a node corresponding to a caspase enzyme among nodes of the Boolean network.

또한 특정 관찰대상노드와 상기 특정한 섭동타겟노드는 모두 상기 변이노드와는 다른 것일 수 있다.In addition, both the specific observation target node and the specific perturbation target node may be different from the mutation node.

상기 특정 관찰대상노드의 값은 0 또는 1의 값을 가질 수 있다. 따라서 만일 j=100인 경우, 상기 특정 관찰대상노드가 0의 값을 갖는 상태의 개수(j1)와 상기 특정 관찰대상노드가 1의 값을 갖는 상태의 개수(j2)의 합(j1+j2=j)은 100(=j)일 수 있다.The value of the specific observation target node may have a value of 0 or 1. Therefore, if j = 100, the sum of the number of states (j1) in which the specific observation target node has a value of 0 and the number of states (j2) in which the specific observation target node has a value of 1 (j1 + j2 = j) may be 100 (= j).

상기 특정 관찰대상노드를 나타내는 인덱스를 n이라고 정의하면, 상술한 활성도(n)은 0 내지 1 사이의 실수값을 가질 수 있다는 점을 이해할 수 있다. 이는 0% 내지 100%의 확률값으로 대체되어 표현될 수도 있다.If the index representing the specific observation target node is defined as n, it can be understood that the above-described activity n may have a real value between 0 and 1. This may be expressed by replacing it with a probability value of 0% to 100%.

상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.Using the above-described embodiments of the present invention, those belonging to the technical field of the present invention will be able to easily implement various changes and modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. The content of each claim of the claims may be combined with other claims without reference relationship within the scope understandable through this specification.

Claims (13)

암 세포에 관한 암 신호전달 네트워크(1)에서 섭동되는 표적노드(12)와 함께 조합되어 섭동되는 조합표적노드를 결정하는 방법으로서,
컴퓨팅 장치가, 상기 표적노드(12)를 섭동하지 않았을 때의 상기 암 신호전달 네트워크(1)의 후보노드(11)의 활성도인 제1활성도와, 상기 표적노드를 섭동했을 때의 상기 후보노드의 활성도인 제2활성도 간의 차이값을 기초로 상기 후보노드의 활성변화(AC)를 산출하는 단계;
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 암 신호전달 네트워크를 노미널 네트워크과 비교하여, 변이가 발생한 노드들의 인커밍 링크들을 제거하는 단계;
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 인커밍 링크들이 제거된 상태의 상기 암 신호전달 네트워크에서, 상기 후보노드와 상기 표적노드가 포함된 한 개 이상의 네거티브 피드백 루프들 중에서, 최단 피드백 길이를 갖는 제1 네거티브 피드백 루프의 피드백 길이(LN)를 산출하고, 상기 후보노드로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포사멸노드까지의 제1바이패스 신호전달 효과(BA)를 산출하고, 그리고 상기 후보노드로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포증식노드까지의 제2바이패스 신호전달 효과(BP)를 산출하는 단계; 및
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 활성변화(AC), 상기 제1바이패스 신호전달 효과(BA), 및 상기 제2바이패스 신호전달 효과(BP)를 기초로 스코어를 산출하고, 상기 산출된 스코어를 기초로 상기 후보노드를 상기 표적노드와 함께 섭동하는 조합표적노드로 결정할지 여부를 결정하는 단계;
를 포함하며,
상기 표적노드, 상기 조합표적노드, 및 상기 후보노드는 각각 상기 암 세포의 분자를 나타내며, 그리고
상기 표적노드 및 상기 조합표적노드는 약물에 의해 기저 활성도가 변화하는 분자를 나타내는,
표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
A method for determining a combined target node that is perturbed in combination with a perturbed target node (12) in a cancer signaling network (1) for cancer cells,
The first activity, which is the activity of the candidate node 11 of the cancer signaling network 1 when the computing device does not perturb the target node 12, and the candidate node when the target node is perturbed Calculating an activity change (AC) of the candidate node based on a difference between second activities, which are activities;
comparing, by the computing device, the dark signaling network with a nominal network, and removing incoming links of nodes where a mutation has occurred;
The computing device determines a first negative feedback loop having the shortest feedback length among one or more negative feedback loops including the candidate node and the target node in the dark signaling network in which the incoming links are removed. Calculate the feedback length (LN) of, calculate the first bypass signaling effect (BA) from the candidate node to the apoptosis node of the cancer signaling network, and calculate the cancer signaling network from the candidate node Calculating a second bypass signaling effect (BP) to the cell proliferation node; and
The computing device calculates a score based on the activity change (AC), the first bypass signaling effect (BA), and the second bypass signaling effect (BP), and based on the calculated score determining whether to determine the candidate node as a combination target node that perturbs together with the target node;
Including,
The target node, the combination target node, and the candidate node each represent a molecule of the cancer cell, and
The target node and the combination target node represent molecules whose basal activity is changed by drugs,
A method for determining a combination target node for a target node.
제1항에 있어서,
상기 후보노드(11)는, 상기 후보노드(11)를 포함하는 네거티브 피드백 루프(L1)에 포함되는 노드이며,
상기 후보노드(11)의 활성도가 증가하면 상기 표적노드(12)의 활성도가 증가하는 것을 특징으로 하는,
표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 1,
The candidate node 11 is a node included in a negative feedback loop L1 including the candidate node 11,
Characterized in that when the activity of the candidate node 11 increases, the activity of the target node 12 increases.
A method for determining a combination target node for a target node.
제1항에 있어서,
상기 표적노드에 대한 섭동에 의하여, 섭동확률(x%)로는 상기 표적노드의 활성도가 억제되고, 섭동실패확률((100-x)%)로는 상기 표적노드의 활성도가 상기 암 신호전달 네트워크의 상태를 결정하는 진리표에 따라 결정되는 (단, x는 0 내지 100의 실수),
표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 1,
By perturbation of the target node, the activity of the target node is suppressed with a perturbation probability (x%), and the activity of the target node with a perturbation failure probability ((100-x)%) is the state of the cancer signaling network Determined according to the truth table for determining (where x is a real number from 0 to 100),
A method for determining a combination target node for a target node.
제3항에 있어서,
상기 활성변화를 산출하는 단계는,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 섭동확률로서 복수 개의 섭동확률들을 설정하는 단계; 및
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 복수 개의 섭동확률 각각에 대하여 산출한 상기 차이값들을 모두 더한 값을 기초로 상기 활성변화를 결정하는 단계
를 포함하는,
표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 3,
The step of calculating the activity change is,
setting, by the computing device, a plurality of perturbation probabilities as the perturbation probabilities; and
Determining, by the computing device, the activity change based on a sum of all the difference values calculated for each of the plurality of perturbation probabilities.
including,
A method for determining a combination target node for a target node.
제3항에 있어서,
상기 활성변화를 산출하는 단계는,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 섭동확률을 100%로 설정하는 단계; 및
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 100%의 섭동확률에 대하여 산출한 상기 차이값을 기초로 상기 활성변화를 결정하는 단계
를 포함하는,
표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 3,
The step of calculating the activity change is,
setting, by the computing device, the perturbation probability to 100%; and
Determining, by the computing device, the activity change based on the difference value calculated with respect to the perturbation probability of 100%
including,
A method for determining a combination target node for a target node.
제1항에 있어서,
상기 암 신호전달 네트워크는 확률적 부울리언 네트워크이며,
x%의 확률로는 상기 표적노드의 활성도가 억제되면 상기 표적노드는 0의 값을 갖고,
(100-x)%의 확률로는 상기 표적노드의 활성도가 상기 암 신호전달 네트워크의 상태를 결정하는 진리표에 따라 결정되면, 상기 표적노드는 0 또는 1의 값을 갖는,
표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 1,
The cancer signaling network is a stochastic Boolean network,
With a probability of x%, if the activity of the target node is inhibited, the target node has a value of 0,
With a probability of (100-x)%, if the activity of the target node is determined according to the truth table for determining the state of the cancer signaling network, the target node has a value of 0 or 1,
A method for determining a combination target node for a target node.
제1항에 있어서,
상기 후보노드의 활성도는 상기 후보노드가 나타내는 단백질의 인산화형의 농도에 관한 값을 기초로 산출되는, 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 1,
The method of determining a combination target node for a target node, wherein the activity of the candidate node is calculated based on the value of the concentration of the phosphorylation type of the protein represented by the candidate node.
제1항에 있어서,
상기 후보노드의 활성도는 상기 후보노드가 나타내는 신호전달분자의 양에 관한 값을 기초로 산출되는, 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 1,
The activity of the candidate node is calculated based on the value of the amount of signaling molecules represented by the candidate node, a method for determining a combination target node for a target node.
제1항에 있어서, 상기 스코어는 상기 제1 네거티브 피드백 루프의 피드백 길이에 반비례하는 것을 특징으로 하는, 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
The method of claim 1, wherein the score is in inverse proportion to the feedback length of the first negative feedback loop.
제1항에 있어서, 상기 제1바이패스 신호전달 효과가 증가할수록 상기 스코어가 증가하는 것을 특징으로 하는, 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
The method of claim 1, wherein the score increases as the first bypass signaling effect increases.
제1항에 있어서,
상기 제1바이패스 신호전달 효과를 산출하는 과정은,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 후보노드로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포사멸노드까지의 신호전달경로들 중, 상기 표적노드를 포함하는 네거티브 피드백 루프들을 제외한 신호전달경로인 제1바이패스 신호전달경로들을 선정하는 단계; 및
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 제1바이패스 신호전달경로들을 따라, 상기 후보노드의 활성도가 억제됨에 따라 상기 세포사멸노드의 활성도가 증가하는 정도가 높아질수록 상기 제1바이패스 신호전달 효과를 증가시키도록 연산하는 단계;
를 포함하는,
표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 1,
The process of calculating the first bypass signaling effect,
The computing device selects first bypass signal transmission pathways, which are signal transmission pathways excluding negative feedback loops including the target node, among signal transmission pathways from the candidate node to the apoptosis node of the cancer signaling network. doing; and
The computing device, along the first bypass signal transduction pathways, increases the first bypass signal transduction effect as the degree of increase in the activity of the apoptosis node increases as the activity of the candidate node is suppressed. calculating;
including,
A method for determining a combination target node for a target node.
제1항에 있어서, 상기 제2바이패스 신호전달 효과가 증가할수록 상기 스코어가 증가하는 것을 특징으로 하는, 표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
The method of claim 1, wherein the score increases as the second bypass signaling effect increases.
제1항에 있어서,
상기 제2바이패스 신호전달 효과를 산출하는 과정은,
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 후보노드로부터 상기 암 신호전달 네트워크의 세포증식노드까지의 신호전달경로들 중, 상기 표적노드를 포함하는 네거티브 피드백 루프들을 제외한 제2바이패스 신호전달경로들을 선정하는 단계; 및
상기 컴퓨팅 장치가, 상기 제2바이패스 신호전달경로들을 따라, 상기 후보노드의 활성도가 억제됨에 따라 상기 세포증식노드의 활성도가 감소하는 정도가 높아질수록 상기 제2바이패스 신호전달 효과를 증가시키도록 연산하는 단계;
를 포함하는,
표적노드에 대한 조합표적노드의 결정 방법.
According to claim 1,
The process of calculating the second bypass signaling effect,
selecting, by the computing device, second bypass signal transmission pathways excluding negative feedback loops including the target node, among signal transmission pathways from the candidate node to the cell proliferation node of the cancer signaling network; and
The computing device, along the second bypass signal transduction pathways, as the activity of the candidate node is suppressed, as the degree of decrease in the activity of the cell proliferation node increases, the effect of the second bypass signal transduction is increased. calculating;
including,
A method for determining a combination target node for a target node.
KR1020200011883A 2020-01-31 2020-01-31 A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation KR102568628B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200011883A KR102568628B1 (en) 2020-01-31 2020-01-31 A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200011883A KR102568628B1 (en) 2020-01-31 2020-01-31 A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210098104A KR20210098104A (en) 2021-08-10
KR102568628B1 true KR102568628B1 (en) 2023-08-21

Family

ID=77315900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200011883A KR102568628B1 (en) 2020-01-31 2020-01-31 A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102568628B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102508252B1 (en) * 2022-01-11 2023-03-09 주식회사 볼츠만바이오 Method for training a bio signal transfer network model and device for the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170002060A (en) * 2015-06-29 2017-01-06 삼성전자주식회사 Method and apparatus for discovery target protein of targeted therapy
KR101878924B1 (en) * 2016-06-14 2018-07-17 재단법인 전통천연물기반 유전자동의보감 사업단 Method for predicting drugs having opposite effects on disease genes in a directed network and apparatus thereof
KR101975424B1 (en) * 2017-04-05 2019-05-07 한국과학기술원 A method for predicting drug response based on cancer-cell network attractor dynamics and device for the same
KR102029297B1 (en) * 2017-04-11 2019-10-07 한국과학기술원 An optimized anti-cancer drug identification platform for personalized therapy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. L. Puniya 외, "Systems Pertutbation Analysis of Large-Scale Signal Transduction Model (후략)", Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 35권, 10호, 2016.02.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210098104A (en) 2021-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ryall et al. Systems biology approaches for advancing the discovery of effective drug combinations
Sbeity et al. Review of optimization methods for cancer chemotherapy treatment planning
Bodapati et al. A benchmark of algorithms for the analysis of pooled CRISPR screens
Dong et al. Agent-based modeling of endotoxin-induced acute inflammatory response in human blood leukocytes
Samaga et al. Modeling approaches for qualitative and semi-quantitative analysis of cellular signaling networks
Cuppini et al. An emergent model of multisensory integration in superior colliculus neurons
CN108292329A (en) System and method for being responded from cell line genomics prediction patient-specific medication
Cho et al. Modeling the chemotherapy-induced selection of drug-resistant traits during tumor growth
KR102029297B1 (en) An optimized anti-cancer drug identification platform for personalized therapy
Cess et al. Data-driven analysis of a mechanistic model of CAR T cell signaling predicts effects of cell-to-cell heterogeneity
TWI541673B (en) Computer-implemented method, software and treatment selection system using genetic evolutionary dynamics
KR102568628B1 (en) A method for analyzing a resistance of targeted anti-cancer therapy and identifying a combination target to overcome the resistance using network simulation
Ilan Constrained disorder principle-based variability is fundamental for biological processes: Beyond biological relativity and physiological regulatory networks
KR20170002060A (en) Method and apparatus for discovery target protein of targeted therapy
Cho et al. The impact of competition between cancer cells and healthy cells on optimal drug delivery
Vafamand et al. Multi-objective NSBGA-II control of HIV therapy with monthly output measurement
Wang et al. Discovering molecular targets in cancer with multiscale modeling
KR20200067481A (en) Method for identifying drug target molecules based on influence analysis of molecules in signaling networks
Sedghamiz et al. Computation of robust minimal intervention sets in multi-valued biological regulatory networks
Biane et al. Networks and games for precision medicine
Mahoney et al. Discovering novel cancer therapies: A computational modeling and search approach
Smart et al. Model predictive control of cancer cellular dynamics: a new strategy for therapy design
Wang et al. Retroactivity affects the adaptive robustness of transcriptional regulatory networks
KR102508252B1 (en) Method for training a bio signal transfer network model and device for the same
CN109801676A (en) A kind of method and device acted on for evaluating compound on gene signal pathway activated

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant