Detection of Gene Interactions based on Syntactic Relations

Interactions between proteins and genes are often considered essential in the description of biomolecular phenomena and networks of interactions are considered as an entre for a Systems Biology approach. Recently, many works try to extract information by analyzing biomolecular text using natural language processing technology. Previous researches insist that linguistic information is useful to improve the performance in detecting gene interactions. However, previous systems do not show reasonable performance because of low recall. To improve recall without sacrificing precision, this paper proposes a new method for detection of gene interactions based on syntactic relations. Without biomolecular knowledge, our method shows reasonable performance using only small size of training data. Using the format of LLL05(ICML05 Workshop on Learning Language in Logic) data we detect the agent gene and its target gene that interact with each other. In the 1st phase, we detect encapsulation types for each agent and target candidate. In the 2nd phase, we construct verb lists that indicate the interaction information between two genes. In the last phase, to detect which of two genes is an agent or a target, we learn direction information. In the experimental results using LLL05 data, our proposed method showed F-measure of 88% for training data, and 70.4% for test data. This performance significantly outperformed previous methods. We also describe the contribution rate of each phase to the performance, and demonstrate that the first phase contributes to the improvement of recall and the second and last phases contribute to the improvement of precision.

구문관계에 기반한 유전자 상호작용 인식

단백질이나 유전자들 간의 상호작용 인식은 생물학적 현상의 기술에 있어서 필수적이고, 이러한 상호작용의 네트웍 파악은 생물학 접근의 시작이라고 할 수 있다. 최근에, 대량의 생물학 관련 문서로부터 자연언어처리 기술을 사용하여 이러한 정보를 추출하려는 연구들이 많이 등장했다. 또한 이전 연구들은 언어학적 정보가 문서로부터 유전자 상호작용을 자동으로 추출하는 데 있어서 유용하다고 주장하고 있다. 하지만 기존의 방법들은 정확률에 비해 재현율이 많이 낮아서 성능이 그다지 좋지 못했다. 정확률의 감소 없이 재현율의 성능향상을 위해, 이 논문은 생물학관련 문서에서 구문관계에 기반하여 유전자 상호작용을 인식하는 방법을 제안한다. 생물학 도메인에 관련된 전문지식 없이, 우리의 방법은 단지 적은 양의 학습데이터를 사용하여 효과적인 성능을 보인다. LLL05(ICML05 Workshop on Learning Language in Logic)에서 제공한 데이터 포맷을 그대로 사용하여, 상호작용하는 두 유전자 중 작용의 주체가 되는 유전자를 에이전트라 하고 상호 작용의 대상이 되는 유전자를 타겟이라 한다. 본 논문에서 제안하는 첫 단계에서, 에이전트와 타겟 유전자에 대한 유전자-전이 구문관계를 인식한다. 두 번째 단계에서, 유전자 간의 상호작용이 있음을 암시하는 용언리스트를 구축한다. 마지막 단계에서, 상호작용하는 것으로 인식된 두 유전자 중 어느 것이 에이전트이고 타겟인지를 판단하기 위해 구문관계의 방향 정보를 학습한다. LLL05 데이터를 사용한 실험결과에서, 본 논문에서 제안한 방법이 학습 데이터에 대해서는 88%의 F-measure 성능을 보였고, 테스트 데이터에 대해서는 70.4%의 F-measure 성능을 보였다. 이 결과는 기존의 방법들보다 훨씬 더 좋은 성능이다. 우리는 성능에 대한 각 단계의 공헌도를 실험하여, 첫 단계는 재현율 향상에 기여를 하고 두 번째와 세 번째 단계는 정확률 향상에 기여했음을 보인다.