對於建構出來的跨物種模組交互作用網路，要去評估此網路的屬性和是否擁有生物 意義(圖九~十三)，在評估此網路的屬性中，我們是去計算 P(k)，P(k):代表擁有 k 條邊的 模組占所有模組的機率，藉以分別導出人類、老鼠、斑馬魚的模組交互作用網路是否屬 於 scale-free 的網路特徵，從圖九、圖十 A、圖十 B中我們可以看到隨著模組的分支數 變多，而 P(k)值也隨之的下降，說明了建構出的模組交互作用網路中分支數越高的模組 占整體網路中是少數的，往往執行生物途徑中都會有相同的模組參與執行過程(例:負責 在細胞內傳遞訊息的模組; Frs2-Grb2-Shp2 module)，這種節點(模組、蛋白質)通常都在 生物體中扮演著樞紐的角色(分支度相較於其他的節點來的高)，有文獻指出此種分佈為 scale-free 的網路特徵，而此種特徵最適合解釋細胞網路的架構。文獻進一步指出 scale-free 網路可以藉由分支指數γ 值，去判定出是否為 scale-free 網路類型，我們在所 建構出三個物種的模組網路中分別算出分支指數(degree exponent)γ 值，在人類分支指數 γ 值為 1.183、在老鼠分支指數 γ 值為 1.143、而在斑馬魚分支指數 γ 值為 1.218，這些結 果與目前一些文獻所研究的生物體細胞網路[39, 40]以及其他文獻所探討酵母菌的模組 交互作用網路[41, 42] (圖十 C) 的架構是呈現一致相符的。而在 scale-free 網路中大部分 研究將其分支指數γ 值定義在 2 ≤ γ ≤ 3，但也有文獻去指出分支指數 γ < 2 也是屬於 scale-free 網路[39, 40]，此外，我們也去計算出 3 個模組交互作用網路的模組分支(Degree) 中位數值(Median)，分別在人類以及老鼠的中位數值都為 10，而在斑馬魚中位數值為 11，
藉由同源網路模組家族網站，使用者可以得知所查詢的模組是否具有高度的分支數，因 為高度的分支數通常在生物體網路中是扮演著關鍵作用的角色，譬如在我們所建構的模 組交互作用網路中 JAK2-PAFR-TYK2 此模組的分支數為 25，據我們所知此模組在細胞 膜與外界接收傳遞訊號中扮演著重要的角色。
22
我們將所建構的模組交互作用網路分成五個主要的細胞生化反應過程(圖九 A)，這 五個分別是 nucleic acid metabolic process(例: 轉錄;transcription)、 protein metabolic process (例:轉譯:translation)、intracellular signal transduction process、integrin-mediated signal transduction process、transport process。藉由模組家族為每個模組的註解，因此可 以分析出五個區域的特性，可以觀察出有兩個區域都是在執行基本的細胞代謝過程，而 這些過程都是屬於生物體內核心的生化過程(例: central dogma)，譬如執行轉錄的核酸代 謝過程以及轉譯的蛋白質代謝過程都有在我們建構出的模組交互作用網路中註解出。而 剩餘有被我們註解的區域，分別是在細胞膜上的訊息傳遞以及在細胞質裡扮演傳遞過程 的區域，從圖九 A中很明顯這兩個區域都圍繞在模組交互作用網路的周邊，且都與核心 的生化過程有著密切的連接(圖九 A、圖十一)。
透過模組交互作用網路，我們可以用來分析當細胞皆受到刺激而產生的增值行為，
當生物體受傷，體內會啟動修補機制，因此釋放出細胞外基質(Extracellular matrix;ECM) 蛋白質和生長因子(growth factors)(圖十二、
圖十三)，當細胞增生受到細胞外基質蛋白與
整合素受體的共同調節(例: ITGA5-ITGB1-FN1-TGM2 模組負責執行整合素訊號傳遞的 過程)和成長因子會與受體結合(例: JAK2-PAFR-TYK2 模組是負責在細胞內接受成長因 子的訊息傳遞過程)[43]，這兩個模組接收到啟動因子以後都會去觸發在細胞質內的 Frs2-Grb2-Shp2 模組，進而 Frs2-Grb2-Shp2 模組接收到訊號會去判斷該將訊號送往哪 個目的地以及要執行的功能，此模組判定接收到的訊號是要進行細胞增生的動作，因此 將訊號傳導至細胞核內的 ALL-1 supercomplex 模組，此模組最主要是執行核酸代謝過程，並 且此 模組會與鄰 近 的 模 組一起 執 行，在 此圖 例則列舉出 兩個 模組分 別是 RNA polymerase II 模組以及 TRAP-SMCC mediator 模組一起執行轉錄以及轉譯的功能，進行 核酸代謝過程作用後，因此產生出新合成的蛋白質，將此新合成的蛋白質送往內質網讓 kinase maturation module 1 模組(此模組主要執行蛋白質代謝過程)執行後修飾的動作，蛋 白質合成完成後，會透過 SNARE 模組(此模組主要執行運輸過程)將蛋白質送往目的地。
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從上述的範例，我們可知同源網路模組家族網站可以輔助使用者在網路生物學中探 索細胞過程中一個新的視野，同源網路模組家族網站不僅僅能提供單一物種模組網路新 視野，在後面的例子分析中我們進而藉由 JAK2-PAFR-TYK2 模組以及 TRAP-SMCC mediator 模組去探討跨物種觀察模組與模組交互作用可以因此為使用者帶來什麼助 益。
圖九、模組交互作用網路生化途徑剖析圖
(A)我們將人類、老鼠、斑馬魚的模組交互作用網路大致粗分成五大細胞生化過程。
(B)計算於人類模組交互作用網路的節點分支分佈圖，由此圖可以看出人類模組網路是 屬於 scale-free 網路特性。
0.001 0.01 0.1 1
1 10 100
P (k)
Degree (k)
H. sapiens
D. rerio M. musculus
A
B
Transport process
Protein metabolic process (e.g., translation)
Intracellular signal transduction process Integrin-mediated
signal transduction process
Nucleic acid metabolic process (e.g., transcription)
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圖十、模組交互作用網路節點分支分佈圖 (A)老鼠的模組交互作用網路節點分支分佈圖。
(B)斑馬魚的模組交互作用網路節點分支分佈圖。
(C)酵母菌的模組交互作用網路節點分支分佈圖，此圖文獻來自 Wang's study (2009)[42]。
從這些圖與現有的文獻看出我們所建置的模組交互作用網路是屬於 scale-free 網路特 性。
0.001 0.01 0.1 1
1 10 100
P (k)
Degree (k)
A
C
0.001 0.01 0.1 1
1 10 100
P (k)
Degree (k)
B
0.001 0.01 0.1 1
1 10 100
P (k)
Degree (k)
25
A B
D. rerio D. rerio
M. musculus M. musculus
H. sapiens H. sapiens
Nuclear part (GO:0044428) Intracellular (GO:0005622) Membrane (GO:0016020)
Others
Nucleobase-containing compound metabolic process (GO:0006139) Protein metabolic process (GO:0019538)
Signal transduction (GO:0007165)
Transport (GO:0006810) Others
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圖十一、GO terms(BP、CC)在人類、老鼠、斑馬魚的模組交互作用網路註解分析
使用 GO terms 的註解探討模組交互作用的網路特性[18]。
(A)根據 GO 的細胞位置(cellular component; CC)對各個模組家族進行註解，可以將模組 交互作用網路大致區分為四大區塊，分別有 68 個模組家族註解為 nuclear (GO:0044428, 紅色)、402 個模組家族註解為 intracellular (GO: 0005622，黃色)、141 個模組家族註解 為 membrane (GO: 0016020，綠色)、剩餘註解為 Others (灰色)。
(B) 根據 GO 的生化功能(biological processes; BP)對各個模組家族進行註解，分別有 154 個模組家族註解為 nucleobase-containing compound metabolic process (例: 轉錄作用)(GO:
0006139，紅色)、83 個模組家族註解為 protein metabolic process (例: 轉譯作用)(GO:
0019538，黃色)、126 個模組家族註解為 signal transduction (GO: 0007165, 綠色)、37 個 模組家族註解為 transport (GO: 0006810，青色)。
我們使用了 Jaccard coefficient (JC)方法來測量兩個模組之間的相似度，假設有兩個模組 蛋白質個數的分別為 M1 和 M2 ，而 JC 定義如下：
JC
=M
1∩M
2 /M
1∪M
2[42]，若
JC 值大於 0.6，則將兩模組匯集成同一群集，而每一個群集的代表性模組則選擇蛋白質
數量最高的模組，因此，我們分別在人類挑選出 1,278 個代表性模組、老鼠挑選出 1,251 個代表性模組、而在斑馬魚挑選出 1,100 個代表性模組。
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(Stx1a, Snap25, Vamp8)
TRAP-SMCC Mediator
RNA polymerase II (CBP, PCAF, RPB1, BAF47, CYCC, CDK8)
P1: Nucleic acid metabolic process P2: Protein metabolic
process
P3: Intracellular signal transduction process
P4: Integrin-mediated signal transduction process
P5: Transport process ITGA5-ITGB1-FN1-TGM2
complex 1 SNARE
(Stx1a, Snap25, Vamp8)
Transcription
Translation
TRAP-SMCC Mediator
RNA polymerase II ALL-1 supercomplex
ITGA5-ITGB1 -FN1-TGM2
JAK2-PAFR-TYK2
ECM Growth factors
Golgi
(Stx1a, Snap25, Vamp8) TRAP-SMCC
Mediator RNA polymerase II
ALL-1 supercomplex
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圖十二、透過模組交互作用網路描述細胞增殖的行為
細胞的增殖行為可以透過五個主要的細胞生化過程(P1~P5)中的 8 個模組(青色節點)進行 探討，這 8 個模組分別為 ITGA5-ITGB1-FN1-TGM2、JAK2-PAFR-TYK2、Frs2-Grb2-Shp2、
ALL-1 supercomplex、RNA polymerase II (CBP, PCAF, RPB1, BAF47, CYCC, CDK8), TRAP-SMCC Mediator、kinase maturation complex 1、及 SNARE (Stx1a, Snap25, Vamp8)。
圖十三、細胞增殖行為中8 個模組間的詳細蛋白質交互作用組成
這 8 個模組分別為 ITGA5-ITGB1-FN1-TGM2、JAK2-PAFR-TYK2、Frs2-Grb2-Shp2、
ALL-1 supercomplex、RNA polymerase II (CBP, PCAF, RPB1, BAF47, CYCC, CDK8)、
TRAP-SMCC Mediator、kinase maturation complex 1、及 SNARE (Stx1a, Snap25, Vamp8)，
其位於五個主要的細胞生化過程區塊中(黃色線框區域)。詳細紀錄其模組內部與模組之 間的蛋白質交互作用組成。
TRAP-SMCC Mediator
867
RNA polymerase II complex (CBP, PCAF, RPB1, BAF47, CYCC,
CDK8)
Kinase maturation complex 1
5199
SNARE complex (Stx1a, Snap25,
Vamp8) 854 JAK2-PAFR-TYK2
5178
P1: Nucleic acid metabolic process
P2: Protein metabolic process P3: Intracellular signal
transduction process P4: Integrin-mediated signal
transduction process P5: Transport process
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