Method Article

Inherent Dynamics Visualizer ، تطبيق تفاعلي لتقييم وتصور المخرجات من خط أنابيب الاستدلال على شبكة تنظيم الجينات

DOI:

10.3791/63084

⸱

December 7th, 2021

 ,  ,  ,  , 
1Department of Biology, Duke University, 2Department of Mathematical Sciences, Montana State University, 3Department of Mathematical Sciences, Florida Atlantic University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إن Inherent Dynamics Visualizer عبارة عن حزمة تصور تفاعلية تتصل بأداة استدلال شبكة تنظيمية جينية لتوليد محسن ومبسط لنماذج الشبكات الوظيفية. يمكن استخدام المتخيل لاتخاذ قرارات أكثر استنارة لوضع معلمات أداة الاستدلال ، وبالتالي زيادة الثقة في النماذج الناتجة.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد تطوير نماذج الشبكات التنظيمية الجينية تحديا كبيرا في بيولوجيا النظم. وقد تم تطوير العديد من الأدوات الحسابية وخطوط الأنابيب لمواجهة هذا التحدي، بما في ذلك خط أنابيب الديناميكيات المتأصلة الذي تم تطويره حديثا. يتكون خط أنابيب الديناميكيات المتأصلة من العديد من الأدوات المنشورة سابقا والتي تعمل بشكل تآزري ومتصلة بطريقة خطية ، حيث يتم استخدام مخرجات أداة واحدة كمدخلات للأداة التالية. كما هو الحال مع معظم التقنيات الحسابية ، تتطلب كل خطوة من خطوات Inherent Dynamics Pipeline من المستخدم اتخاذ خيارات حول المعلمات التي ليس لها تعريف بيولوجي دقيق. يمكن أن تؤثر هذه الخيارات بشكل كبير على نماذج الشبكات التنظيمية الجينية التي ينتجها التحليل. لهذا السبب ، يمكن أن تساعد القدرة على تصور واستكشاف عواقب خيارات المعلمات المختلفة في كل خطوة على زيادة الثقة في الخيارات والنتائج. Inherent Dynamics Visualizer هي حزمة تصور شاملة تعمل على تبسيط عملية تقييم خيارات المعلمات من خلال واجهة تفاعلية داخل متصفح الويب. يمكن للمستخدم فحص مخرجات كل خطوة من خطوات خط الأنابيب بشكل منفصل ، وإجراء تغييرات بديهية استنادا إلى المعلومات المرئية ، والاستفادة من الإنتاج التلقائي لملفات الإدخال الضرورية لخط أنابيب الديناميكيات المتأصلة. يوفر Inherent Dynamics Visualizer مستوى لا مثيل له من الوصول إلى أداة معقدة للغاية لاكتشاف الشبكات التنظيمية الجينية من بيانات النسخ ذات السلاسل الزمنية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

العديد من العمليات البيولوجية الهامة، مثل تمايز الخلايا والاستجابة البيئية، تحكمها مجموعات من الجينات التي تتفاعل مع بعضها البعض في شبكة تنظيم الجينات (GRN). تنتج GRNs هذه ديناميكيات النسخ اللازمة لتنشيط النمط الظاهري الذي تتحكم فيه والحفاظ عليه ، لذا فإن تحديد المكونات والبنية الطوبولوجية ل GRN هو المفتاح لفهم العديد من العمليات والوظائف البيولوجية. يمكن نمذجة GRN كمجموعة من الجينات المتفاعلة و / أو المنتجات الجينية التي تصفها شبكة تكون عقدها هي الجينات والتي تصف حوافها اتجاه وشكل التفاعل (على سبيل المثال ، تنشيط / قمع النسخ ، والتعديل بعد الترجمة ، وما إلى ذلك) 1. يمكن بعد ذلك التعبير عن التفاعلات كنماذج رياضية معلمة تصف تأثير الجين المنظم عل....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تثبيت IDP و IDV

ملاحظة: يفترض هذا القسم أن docker و conda و pip و git مثبتة بالفعل (جدول المواد).

  1. في المحطة الطرفية، أدخل الأمر: git clone https://gitlab.com/biochron/inherent_dynamics_pipeline.git.
  2. اتبع إرشادات التثبيت في الملف التمهيدي الخاص بموفر الهوية.
  3. في المحطة الطرفية، أدخل الأمر: git استنساخ https://gitlab.com/bertfordley/inherent_dynamics_visualizer.git.
    ملاحظة: يجب أن يحدث استنساخ IDV خارج دليل المستوى الأعلى ل IDP.
  4. اتبع إرشادات التثبيت في الملف التمهيدي الخاص ب IDV.

2. العثور على العقدة

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تطبيق الخطوات الموصوفة نصيا أعلاه وبيانيا في الشكل 1 على GRN المتذبذب الأساسي لدورة خلية الخميرة لمعرفة ما إذا كان من الممكن اكتشاف نماذج GRN الوظيفية القادرة على إنتاج الديناميكيات التي لوحظت في بيانات التعبير الجيني للسلسلة الزمنية التي تم جمعها في دراسة دورة خلية الخميرة16. ولتوضيح كيف يمكن ل IDV توضيح وتحسين مخرجات IDP ، تمت مقارنة النتائج ، بعد إجراء هذا التحليل بطريقتين: 1) تشغيل جميع خطوات IDP في ممر واحد بدون IDV و 2) التقدم عبر IDP بمساعدة IDV ، مما يسمح ب.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الاستدلال على GRNs هو تحد مهم في بيولوجيا النظم. يقوم IDP بإنشاء نماذج GRNs من بيانات التعبير الجيني باستخدام سلسلة من الأدوات التي تستخدم البيانات بطرق متزايدة التعقيد. تتطلب كل خطوة قرارات حول كيفية معالجة البيانات وما هي العناصر (الجينات والتفاعلات الوظيفية) التي سيتم تمريرها إلى الطبقة التالية من IDP. آثار هذه القرارات على نتائج النازحين داخليا ليست واضحة. وللمساعدة في هذا الصدد، يوفر IDV تصورات تفاعلية مفيدة للمخرجات من الخطوات الفردية لأدوات الاستدلال GRN داخل IDP. يعمل IDV على تبسيط وتسهيل عملية تقييم النتائج من ط.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تمويل هذا العمل من خلال منحة المعاهد الوطنية للصحة R01 GM126555-01 ومنحة NSF DMS-1839299.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Dockerhttps://docs.docker.com/get-docker/
Githttps://git-scm.com/
Integrated Dynamics Pipelinehttps://gitlab.com/biochron/inherent_dynamics_pipeline
Inherent Dynamics Visualizerhttps://gitlab.com/bertfordley/inherent_dynamics_visualizer
Minicondahttps://docs.conda.io/en/latest/miniconda.html
https://pip.pypa.io/en/stable/ النقطة

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Karlebach, G., Shamir, R. Modelling and analysis of gene regulatory networks. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 9 (10), 770-780 (2008).
  2. Aijö, T., Lähdesmäki, H. Learning gene regulatory networks from gene expression measurements....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Gene Regulatory NetworksNetwork InferenceInherent Dynamics PipelineInteractive VisualizationParameter ExplorationTime Series TranscriptomicsNetwork Model EvaluationEdge FindingNode FindingSystems Biology

Related Articles