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Molti importanti processi biologici, come la differenziazione cellulare e la risposta ambientale, sono governati da insiemi di geni che interagiscono tra loro in una rete di regolazione genica (GRN). Questi GRN producono le dinamiche trascrizionali necessarie per attivare e mantenere il fenotipo che controllano, quindi identificare i componenti e la struttura topologica del GRN è la chiave per comprendere molti processi e funzioni biologiche. Un GRN può essere modellato come un insieme di geni interagenti e/o prodotti genici descritti da una rete i cui nodi sono i geni e i cui bordi descrivono la direzione e la forma di interazione (ad esempio, attivazione/repressione della trascrizione, modifica post-traduzionale, ecc.) 1. Le interazioni possono quindi essere espresse come modelli matematici parametrizzati che descrivono l'impatto che un gene regolatore ha sulla produzione dei suoi bersagli 2,3,4. L'inferenza di un modello GRN richiede sia un'inferenza della struttura della rete di interazione che una stima dei parametri di interazione sottostanti. Sono stati sviluppati una varietà di metodi di inferenza computazionale che acquisiscono dati di espressione genica di serie temporali e modelli GRN di output5. Recentemente, è stato sviluppato un nuovo metodo di inferenza GRN, chiamato Inherent Dynamics Pipeline (IDP), che utilizza i dati di espressione genica di serie temporali per produrre modelli GRN con interazioni regolatore-bersaglio etichettate che sono in grado di produrre dinamiche che corrispondono alle dinamiche osservate nei dati di espressione genica6. L'IDP è una suite di strumenti collegati linearmente in una pipeline e può essere suddiviso in tre passaggi: un passaggio node finding che classifica i geni in base alle caratteristiche di espressione genica note o sospettate di essere correlate alla funzione del GRN7,8, un passaggio edge finding che classifica le relazioni regolatorie a coppie8, 9, e un passaggio di ricerca della rete che produce modelli GRN in grado di produrre le dinamiche osservate10,11,12,13,14,15.
Come la maggior parte dei metodi computazionali, l'IDP richiede un insieme di argomenti specificati dall'utente che dettano il modo in cui vengono analizzati i dati di input e diversi insiemi di argomenti possono produrre risultati diversi sugli stessi dati. Ad esempio, diversi metodi, incluso l'IDP, contengono argomenti che applicano una certa soglia ai dati e l'aumento/diminuzione di questa soglia tra le esecuzioni successive del particolare metodo può comportare risultati dissimili tra le esecuzioni (vedere La nota supplementare 10: Metodi di inferenza di rete di5). Capire come ogni argomento può influire sull'analisi e sui risultati successivi è importante per ottenere un'elevata fiducia nei risultati. A differenza della maggior parte dei metodi di inferenza GRN, l'IDP è costituito da più strumenti computazionali, ognuno con il proprio set di argomenti che un utente deve specificare e ognuno con i propri risultati. Mentre l'IDP fornisce un'ampia documentazione su come parametrizzare ogni utensile, l'interdipendenza di ciascun utensile dall'output del passaggio precedente rende difficile la parametrizzazione dell'intera pipeline senza analisi intermedie. Ad esempio, gli argomenti nelle fasi di Edge e Network Finding sono probabilmente informati da precedenti conoscenze biologiche e quindi dipenderanno dal set di dati e / o dall'organismo. Per interrogare i risultati intermedi, sarebbe necessaria una conoscenza di base della programmazione, nonché una profonda comprensione di tutti i file dei risultati e del loro contenuto dall'IDP.
Inherent Dynamics Visualizer (IDV) è un pacchetto di visualizzazione interattivo che viene eseguito nella finestra del browser di un utente e fornisce agli utenti dell'IDP un modo per valutare l'impatto delle loro scelte di argomento sui risultati di qualsiasi passaggio dell'IDP. L'IDV naviga in una complicata struttura di directory prodotta dall'IDP e raccoglie i dati necessari per ogni passaggio e presenta i dati in figure e tabelle intuitive e interattive che l'utente può esplorare. Dopo aver esplorato questi display interattivi, l'utente può produrre nuovi dati da un passaggio IDP che può essere basato su decisioni più informate. Questi nuovi dati possono quindi essere immediatamente utilizzati nella successiva fase rispettiva dell'IDP. Inoltre, l'esplorazione dei dati può aiutare a determinare se un passaggio IDP deve essere eseguito con parametri regolati. L'IDV può migliorare l'uso dell'IDP, oltre a rendere l'uso dell'IDP più intuitivo e accessibile, come dimostrato studiando l'oscillatore centrale GRN del ciclo cellulare del lievito. Il protocollo seguente include i risultati IDP di un'esecuzione IDP completamente parametrizzata rispetto a un approccio che incorpora l'IDV dopo l'esecuzione di ogni passaggio IDP, ovvero Node, Edge e Network Finding.