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Biology

一个网络工具,用以生成高质量机器可读的生物学途径

doi: 10.3791/54869 Published: February 8, 2017

Summary

PathWhiz是产生生化和生物学通路全面,网上通路绘图工具。它采用公开访问的数据库和易于扩展的调色板由预先绘制的路径组件。本协议描述了如何轻松构建新的途径,复制和编辑现有的途径,并传播以前绘制的路径不同的生物。

Abstract

PathWhiz是专为方便丰富多彩,互动性,视觉愉悦途径图表,含有丰富的生物信息创建一个Web服务器。通过这个在线应用程序生成的途径是机器可读的,并与基本上所有的网络浏览器和电脑操作系统完全兼容。它采用了专门开发的,支持web的通路绘制接口,其允许选择和预拉伸的生物或生化实体的不同组合的放置来描绘的反应,相互作用,运输过程和结合事件。实体这个调色板由化学化合物,蛋白质,核酸,细胞膜,亚细胞结构,组织和器官的。所有在它的视觉元素的可以交互调节和定制。此外,由于该工具是Web服务器,所有的通路和通路元素是公开访问。这种途径的“众包”是指PathWhiz已经包含了以前绘制的途径和路径元素的大量和迅速增长的集合。在这里,我们描述了快速和容易创造新的途径和现有途径的变更的协议。为了进一步方便途径编辑和创作工具中包含的复制和传播功能。复制功能允许现有的途径用作模板来创建或编辑新的途径。传播功能,允许人们利用现有的途径,并自动在不同物种传播它。用这个工具创建的途径可以是“再病急乱投医”为不同的格式(KEGG状或教科书等),具有不同背景,远销BioPAX,SBGN-ML,SBML或PWML数据交换格式有色和下载为PNG或SVG图像。途径可以容易地并入在线数据库,集成到演示,海报或出版物,或专供在线可视化和勘探中。该公关otocol已成功应用于产生超过2,000通路图,目前已在很多网上数据库,包括HMDB,DrugBank,SMPDB和ECMDB发现。

Introduction

生物途径图是像蓝图生命科学家。他们也许用于描述生物过程和基因,蛋白质和代谢物之间的上下文连接的最简洁和信息的路由。这是因为,图像被更有效地处理,并往往更容易被人类比文本1的理解。质量,细节和通路图的内容可以有很大的不同。这些差异通常依赖于途径的预期目的和通路艺术家的技能。如挂图或教科书教育目的创建的途径往往是由专业艺术家创作。其结果是,这些途径图表更为悦目和代谢物结构的完整描述,亚细胞成分,细胞结构,组织和器官提供相当多的生物细节。这些“教科书”表示通常包括详细的注释和评注。另外,专为互联网应用途径往往图表不得不牺牲艺术性和视觉的丰富性有利于简化机器可读的“连线”的图表。这些线框图更容易图像映射和超链接。简化路径图是依据这些流行的网络通路数据库作为KEGG 2,MetaCyc 3,4 Wikipathways和Reactome 5。计算机兼容途径数据库的出现也带动了电脑兼容的途径绘图工具的外观。换句话说,人们不必是一个专业的歌手或专业的程序员来产生可用路径图。例如,BioCyc的途径的工具6和Wikipathway的PathVisio软件7允许用户自由生成和BioPAX 8份额机器可读通路一次/或HTML格式。此外,还有一些其他的单机免费软件包的以及商业软件包支持各种机器可读的,线框途径,如Cytoscape的9,GenMAPP 10中PathCase 11的产生,和VisANT 12。

互联网通路图的简化主要是在许多Web浏览器和基于Web的工具,渲染中发现的历史局限性增长。然而,在网络技术显著进展已在过去的几年中进行。这表明它可能是可能产生的互动,互联网兼容的途径图表,也同样丰富多彩,就像美观和一样完整的生物与在教科书中。这项工作导致PathWhiz的发展。 PathWhiz是使用Ruby on Rails的(http://rubyonrails.org,4.2.0版)网络framewor实施ķ纳入一个MySQL关系型数据库(https://www.mysql.com,版本50年1月5日)来管理所有的数据通路,包括实体关系,外部引用,描述,可视化的规格和化学结构。前端Web客户端是由Ruby on Rails的Backbone.js的带(http://backbonejs.org,1.0.0版本)作为编辑器的前端Web框架相结合的控制。

最初为人类只小分子通路数据库(SMPDB)13的研制策,PathWhiz 14已经被扩展,以支持新一代的途径为许多其他生物,并作为一般通路的形象和知识数据库的功能。特别是,该网络工具允许创建全系列生化/生物途径包括代谢,蛋白质相互作用,分子信号,生理和药物/疾病途径的。这个途径的绘图工具与其它大多数有所不同途径产生工具在三个主要方面:1)它是一个Web服务器,而不是一个独立的,可安装的软件包; 2)它支持的轻便生成和化学化合物,蛋白质,核酸,细胞膜,亚细胞结构,组织和器官的交互式可视化; 3)它允许用户方便地借阅,建立或改善其他用户的工作,从而使“众包”的途径产生。作为Web服务器,它具有超过可下载,特定于平台的软件工具的几个优点。特别是,它与任何平台,操作系统和现代网络浏览器兼容。此外,它不要求用户为了开始创建一个途径(尽管用户可以自由地以跟踪和控制他们创建的通路的辅助创造“私人帐号”)进行登记。或许这个工具的最吸引人的特点是,可以很容易地加入到生物和生化细节的量通过预渲染图像的调色板和蛋白质生化数据的广泛数据库的任何途径。这允许“非艺术家”和“非程序员”轻松创造丰富多彩,美观和细节丰富的途径是网络的兼容和全机读。 PathWhiz和其它途径的绘图工具之间的更详细的比较在表1中提供。

一些热门的生命科学数据库已经使用这种途径绘图工具来创建数据库特有的,在线,互动的途径图。例如, 大肠埃希氏菌代谢组学数据库(ECMDB)15最近更新了其途径库通过基于Web的工具绘制1650余途径。在ECMDB每种途径现在显示为一个丰富的彩色,充分超链接的图像地图详细代谢物和蛋白质的结构描述,以及一个简化的黑白KEGG-LIKE线图。这种大规模的更新途径导致了以前没有被包括在其他大肠杆菌代谢数据库许多中间代谢产物的发现。其它数据库,如人类代谢组数据库(HMDB)15,不仅依靠PathWhiz途径描绘和描述的代谢和信号通路,也描绘参与的疾病,如癌症的代谢变化。 HMDB目前包括101代谢途径,376药物作用的途径,233疾病相关的通路和16个信号通路,均通过本网站工具生成的。

以下方案详细介绍PathWhiz如何可以用来轻松地创建,复制,传播和生化途径有多种用途和应用。

Protocol

1.生成途径

  1. 转到http://smpdb.ca/pathwhiz使用任何现代的Web浏览器。
  2. 从菜单栏中,选择“我试试!”使用该工具作为嘉宾(画会公开途径),“注册”一个帐号(途径绘制只能由用户编辑)登记,或“登录”,以使用现有帐户。要注册一个帐户,转到步骤1.2.1,否则转到步骤1.3。
    1. 要注册一个帐号,填写与电子邮件,姓名,工作单位,城市,国家,和8字符的最小口令与密码确认表格,然后点击“注册”。
  3. 如果没有自动重定向到通路指数,选择菜单栏中的“绘图”链接。该指数页面将显示现有路径表。点击“新建路径”按钮,开始一个新的途径。
  4. 输入要绘制的路径的名称( 例如 TCA循环)。
  5. 选择所通路YPE从下拉列表( 疾病/药物/代谢/信号/生理)绘制。有可能产生化学途径以及蛋白信号,DNA / RNA的途径,或蛋白质 - 蛋白质相互作用的途径。
  6. 搜索和通过在自动完成框中键入生物体的科学名称( 例如 ,键入大肠杆菌 )选择一个品种如果在下拉列表中没有找到生物的名称,单击“新建”按钮,然后按照步骤来1.6.1 1.6.5添加一个新的有机体,否则继续步骤1.7。
    1. 输入物种( 大猩猩)和通用名称( 例如大猩猩)的学名。
    2. 选择品种,从下拉列表中为真核或原核生物的分类,并从NCBI分类( 9593)进入分类ID。
    3. 点击“创建种类”按钮。
  7. 输入comprehen西伯描述的途径。见补充文件1的用于说明的一个例子。的更完整的说明中,就越容易搜索并找到的通路,并在更流行的途径将是用户之间。
  8. 点击“添加引用”按钮,下面的步骤来1.8.1 1.8.2加入通路外部引用,否则转到步骤1.9。
    1. 进入考研ID(它会自动生成引用文本)或手动添加引用文字(并保留考研ID字段为空)( PMC545700或康Y, 等人全基因组表达分析表明, 大肠杆菌 FNR K-12调控未知功能的基因中的大量细菌学杂志 187(3):1135年至1160年DOI:10.1128 / JB.187.3.1135-1160 2005)。
    2. 直到所有期望的引用已经被添加重复此过程。
      注:在大多数情况下,只需要一个或两个引用。然而,更多的元数据的一个CAñ增加,更受欢迎的途径会。
  9. 点击“创建路径”按钮。白色帆布网格会出现一个灰色的菜单栏。这是在图发生。
  10. 点击“添加程序”链接,选择“添加反应”添加第一个过程可视化。例如,开始与示出草酰乙酸到柠檬酸的转化反应,通过酶柠檬酸合酶。
    注:进程是生物事件或活动。过程可以分为四类:反应,传输事件,交互和结合事件。在本实施例的反应中示出,但同样的原理也适用于将任何种类的过程。
  11. 通过在自动完成框中输入反应物,产物或酶(E·G。“草酰乙酸”或“乙酰辅酶A”),搜索现有的反应。滚动通过现有的反应,找到所需的反应,选择它并直行到STEp 1.12,或者,如果所需的反应没有找到,点击“新的反应”按钮,然后按照步骤来1.11.1至1.11.11一个新的反应模型添加到数据库中。
    1. 在新的反应形式,点击“添加左元素”按钮,对反应的左侧添加一个反应。反应被写成一个左侧和一个右侧反应方程式。
    2. 选择化学计量学和元素类型(化合物/蛋白复合物/元素集合/核酸/绑定元素)。按名称搜索中自动完成框( “草酰乙酸”)的元素。选择所需的元素。转到步骤1.11.3或者,如果未找到所需的元素,点击“新建”按钮,然后按照步骤1.11.2.1。
      1. 在新元素的形式,适当地填写字段并保存。
    3. 重复步骤1.11.1和1.11.2的每个参与反应的左侧元件( 例如添加两个以上的化合物,“王牌TYL-辅酶A“和”水“)。
    4. 从下拉列表中的通路方向( 例如 ,从左边指向右边的箭头)。
      注:箭头表示包括从左到右,从右到左,和可逆的。
    5. 随着反应的左边元素已经完成,点击“添加右键元素”按钮,添加一个产品。
    6. 选择化学计量学和元素类型如步骤1.11.2。按名称在自动完成框( “柠檬酸”)的元素的搜索和选择所需的元素。如果没有找到所需的元素,点击“新建”按钮,然后按照步骤1.11.2.1。
    7. 重复步骤1.11.5和1.11.6的每个参与反应的右侧元件( 例如加“氢离子”和“辅酶A”)。
    8. 反应物和产物已经生成后,点击“添加酶”按钮的酶添加到反应中。
    9. 海RCH通过在自动完成框中输入名称( “柠檬酸合成酶”)的酶和选择所需的酶。如果酶不存在于数据库中,单击“新建”按钮,然后按照1.11.9.1至1.11.9.7步骤。
      1. 当创建一个新的酶,使用新型酶的形式填写酶名称和种类上相应的标签( 名称:柠檬酸合成酶,种类: 大肠杆菌 )。
      2. 点击“添加蛋白质”按钮将特定种类的信息( 序列和四级结构信息)加入这种酶。
      3. 填写化学计量和按名称(柠檬酸合成酶)基因名称(的gltA),或ID的UniProt在自动完成框搜索的蛋白质。选择所需的蛋白质,或者,如果未找到所需的蛋白质,单击“新建”按钮,然后按照步骤1.11.9.3.1。
        1. 在新的蛋白质形式,适当地填写以下字段,然后单击4,创建蛋白质“按钮强制性领域包括名称和ID的UniProt领域的其余部分都是可选的。
      4. 使用“添加的修改”和/或“添加辅因子”按钮来添加蛋白质修饰或酶辅因子,如果需要的话。在这种情况下,既不是必需的。填写相应的字段。
      5. 点击“添加生物状态”按钮,亚细胞位置添加到酶。
      6. 通过在自动完成框中输入的物种,细胞类型,和/或亚细胞定位搜索所需的生物状态( 大肠杆菌 ,细胞,胞液”)。选择所需的状态,或者,如果未找到理想状态,点击“新建”按钮,继续执行步骤1.11.9.6.1。
        1. 在新的生物状态表,填写相应的字段。如果种 ,是不是发现,使用“新建”按钮,在上述的步骤1.6.1至1.6.5。一旦做NE,单击“创建生物状态”按钮。
      7. 点击“创建酶”按钮,保存酶。
    10. 如有必要,重复步骤1.11.8至1.11.9添加其他酶。
      注意:反应可以具有与之相关的许多不同的酶,和酶不必属于相同的生物状态或种类(只要该反应物和产物是相同的)。当绘制一个反应总是可能选择哪其相关的酶的应显示。
    11. 点击“创建反应”按钮保存新的反应。
  12. 在生物领域国家指定反应的亚细胞定位(这个特殊途径),如果知道的话。
  13. 选择所需的初始渲染从下拉列表中(从左到右,从右到左,水平/垂直)反应的方位( 例如选择左到右,水平)。
  14. 使用鼠标或触控板,单击并拖动根据需要重新定位画布上的反应元素。按照步骤来1.15.1为1.15.5重新定位和最近成立的反应的反应元素(化合物,边缘和/或酶)的编辑。
    1. 通过选择在同一时间一个或多个元素(化合物,边缘和/或酶)可以是单点击每个元素,将它们添加一个接一个的当前选择,或者使用光标拖动选择所有元素框周围的相关要素。选定的元素将被染成红色。
      1. 拖在画布选定元件使用鼠标或触摸垫来重新定位它们在所需的区域(通常在画布的中心)。通过点击第二次,或单击空白的画布上取消选择的元素。
    2. 双击的化合物(它将由虚线灰色框成为包围)来访问一个弹出边栏将出现在屏幕的右侧。使用此栏编辑模板,生物状态,z-index的,完整的反应的细节。
      1. 从可用选项之一模板类型(大,中,小复式可视化,大,中,小型药品可视化,可视化的辅助因子,简单的底部,左或右顶部可视化)。添加生物状态,如果需要编辑的z-index。
        注:这是最好保持模板在整个通路一致的类型,除了复合型, 药物代谢与区分。
    3. 双击蛋白质/酶(它将由虚线灰色框包围成为)来访问弹出侧边栏(将出现在屏幕的右侧)。使用此栏编辑模板,生物状态下,Z-指数,蛋白复合物的细节,并完全反应的细节。
      1. 选择一种类型从可用的选项(酶单体,二聚体或四,无标签,标签的蛋白质或亚单位标签,转运,受体或阻遏)的模板。添加生物状态,如果需要编辑的z-index。
        注意:提供不同的颜色的蛋白之间进行区分;默认的颜色设置为绿色。
    4. 要编辑的整个过程中的信息,双击任意元素(他们将虚线灰色框包围变成),并访问在二级菜单栏(灰色)的“编辑选择”链接。两个选项,将显示“编辑<元素>”和“编辑<法>”。
      注:“编辑<元素>”,将用户引导到侧边栏的相应元素。 “编辑<进程>”将推出选项“编辑详细信息”,改变该进程被渲染的方向(水平/垂直和左/右),或重新连接边缘(也水平/垂直和左/右)。点击编辑详细信息的链接会导致到反应的细节它的所有元素可以一次编辑,包括生物国,模板,和z索引的画面。酶可以添加或从显示器删除,并且元件和边缘如果需要,可以隐藏。例如,双击氢离子元素,然后点击“编辑所选”。将光标放在“编辑乙酰辅酶A +草酰乙酸+水→柠檬酸+辅酶A +氢离子”,然后选择“编辑详细信息”。添加每种化合物( 大肠杆菌 ,细胞,细胞质)生物状态。完成后,转到页的底部,然后点击紫色“更新反应”按钮。仅那些已经与该反应相关的酶可在此阶段被添加到通路。如果有新的酶需要加入到反应模型,返回反应指数(“进程”选项卡下),找到所需的反应,并且有添加。
    5. 通过一个单一的点击或双击编辑反应边缘。
      1. 选择反应边操纵它们以相同的方式作为化合物和蛋白质。单击并在边缘拖动到移动整个边缘。
        注:起点和终点,也可以点击并拖动来改变边的长度。当已经选择了一个边缘的开始/结束点,相关的“把手”,可以调节,以控制开始/结束点的方向和曲率。额外的节点添加到边,选择边并注意出现蓝色矩形。点击矩形的上半部分以添加节点并单击下半部移除节点。
      2. 通过针对性的箭头,阻断箭头,没有箭头选择一个边缘的开始/结束点双击周期的开始/结束点。
  15. 一旦根据需要在第一反应已经绘制,选择反应的产物( 柠檬酸)通过双击(请注意在彩色向红色的变化),以便在下一个过程中添加到该反应产物(在这种情况下,柠檬酸通过顺乌头酸水合酶-Aconitic酸)。
  16. 一旦选中,单击“添加程序”选项卡,然后单击“添加反应”选项。
  17. 通过重复该过程,用于将反应添加到TCA循环(在此特定示例中)另一个反应(步骤1.11至1.15)。由于该反应正在建立以现有的反应产物,只包含所选元素将出现反应。
  18. 通过以下步骤1.11至1.15的每个反应添加TCA循环剩余的反应。
  19. 一旦所有的反应已被添加,点击“添加视觉元素”链接并选择“添加膜”的一个增加视觉元素,如膜,DNA,tRNA基因,亚细胞器,器官,组织,变焦盒或标签,“添加图像“,”添加缩放框“或者”;添加标签“选项,按照步骤1.20.1 1.20.4来增加视觉元素。
    1. 点击“添加膜”选项中增加细胞膜。通过双击访问栏编辑这种膜。选择膜位于侧边栏上的模板字段的类型。选择“封闭膜”选项来呈现盒装膜。
    2. 点击“添加图片”选项,添加现有的数据库PathWhiz的图像(标准图像包括器官,细胞器和组织)。通过双击访问栏编辑图像。编辑选项是不言自明的,并包括与z-index的深度缩放,放大/缩小和旋转左/右移。
    3. 点击“添加缩放框”选项来缩放框添加到一个特定的图像。
    4. 点击“添加标签”选项,添加一个文本标签。通过双击它来访问它的侧边栏编辑的标签。编辑选项包括标签模板,文本,z-index的。
      注意:“添加空洞元素”链接提供选项,用于将多余的化合物,蛋白质,核酸,元件集合或边缘,以不与任何过程相关的画布。这些元件将首先显示在画布的左上角。他们似乎可以在侧边栏,在这里用户可以选择所需的元素,改变所述元件的可视化细节进行编辑的任意内容。该元件应纳入该途径,以保持通路整洁增加任何新空洞元素之前。空洞的元件只是为了帮助在视觉上理解( 示出多个的tRNA转录期间存在),而不是代表积分过程组件。他们应谨慎使用,因为它们只会在可视化显示出来,并且不纳入机器可读的格式(BioPAX,SBML,SBGN,PWML)。
  20. 添加子通道法通过点击“添加程序”链接,选择“添加子路径”选项年。
    注:如示步骤1.16至1.18分途径也可以被链接到现有的反应,以同样的方式。在加入分途径可以减少的大或复杂的途径的复杂性。它们也可以被用来提供对已知途径之间连接的其它信息。
  21. 搜索在自动完成框中的子路径名。仅已用于该途径已经定义的子路径将出现在自动填充箱,因此,如果这是一个新的途径,没有子通道将出现。如果所需的子路径不存在,点击“新建子路径”按钮,然后按照步骤来1.22.1 1.22.3。
    1. 选择子通路类型(子通路/抑制子通路/激活子通路)。
    2. 进入子路径名。
    3. 加的输入和输出元件以相同的方式在子通路作为加入的反应物和刺UCTS到反应(步骤1.11.1到1.11.3以上)。
      注:子通路应该至少有一个输入或输出元件。这使得它可以连接到在该途径中的其它过程,以同样的方式作为反应链式(步骤1.16以上1.18)。
    4. 点击“创建子路径”按钮。
  22. 通过点击“其他”链接并选择“更改画布大小”选项来调整的路径图的画布大小。若要更改画布大小,按照步骤1.23.1到1.23.3。
    1. 填写“新高度”字段和“新宽度”进行相应的领域。
    2. 选择朝向画布应增加或通过点击“锚”部分中提供的网格对应的按钮尺寸减小所需的方向。
    3. 点击“更新画布大小”按钮。
  23. 可替代地,自动调整画布的大小。一旦通路完成,C舔“其他”链接,然后选择“画布适合路径”选项。这将自动修剪围绕现有途径元素在画布上。
  24. 当通道完成后,点击“路径”链接,然后选择“导出和视图”选项。
  25. 使用“图像为背景颜色”选项中选择蓝色或白色作为背景色的图像。
  26. 选择是或否,为“也会产生简化版?”选项。如果选择是,像我KEGG线图也将自动为途径产生。
  27. 点击“生成图像文件”按钮。
    注意:这会产生不同的数据交换格式和图像文件的路径。图片必须在每次途径更新时重新生成,而这可能需要几分钟。
  28. 一旦图像已经生成,点击“显示在浏览器”按钮,查看全超链接,高分辨率路径在浏览器的方式的图像。
    注意:一旦他们的形象已经产生“显示在浏览器”按钮仅出现通路。该视图还包含一些链接,下载各种数据交换和图像格式的途径。

2.复制路径

注意:复制路径是一个快速简便的途径采取PathWhiz图书馆现有的途径和复制,以便它可以作为进一步编辑或修改的模板。要复制一个途径,按照步骤1.1至1.3进行登录,如果不是已经完成。

  1. 进入通道索引,如果不存在的话通过点击主菜单栏上的“路”。所需路径搜索,在搜索栏中输入其名称,然后点击“搜索”按钮( “TCA循环”),被复制。
  2. 找到途径被复制( “TCA循环”),并点击绿色的“复制”,但吨。
  3. 编辑通路的名称,如果想要( 比如键入“TCA循环实践。”没有两个途径可以有相同的名字。
  4. 输入该途径的新的或不同的描述(参见步骤1.7)。
  5. 要添加新的或不同的可参考的路径,点击“添加引用”按钮,并按照上面的步骤1.8。
  6. 点击“创建路径”按钮。而通道正在修建一个紫色的进步车轮会出现。这个过程可能需要几分钟或更长时间,这取决于路径的大小。
  7. 编辑或使用步骤1.10添加任何需要的元素的途径1.22。
  8. 按照步骤1.23 1.29,完成并导出途径。

3.传播途径

注:途径传播是一个快速简便的途径采取PathWhiz图书馆现有的途径一个有机体( 如大肠杆菌 ),并创建另一个类似的途径生物体( 例如 金黄色葡萄球菌 )。这个过程涉及寻找和替代大肠杆菌蛋白质的金黄色葡萄球菌的蛋白质和再生用金黄色葡萄球菌的蛋白质或基因的整个通路。通过下面的步骤2.1以上2.2传播途径的开始。

  1. 查找要传播的途径(在这种情况下,TCA循环),然后单击“显示”按钮。
  2. 点击右上角的“传播”按钮。
  3. 在传播的形式,点击“添加品种”按钮,以确定哪个现有的路径将被转换物种。多个物种可以添加,虽然更多种有,较长的转换时间。
  4. 搜索现有物种或以下步骤1.6.1以上1.6.5添加一个新的物种。
  5. 如果需要的话,改变它的E值,以确定用于查找蛋白质的同源物的相似性阈值。选择是或否的“来自蛋白质只有“选项(这表明它的UniProt蛋白质应在生成的途径中使用)。
  6. 点击“传播途径”按钮。
  7. 点击弹出窗口中的“确定”按钮。
    注意:当途径传播紫色的进步车轮会出现。这个过程可能需要几分钟或更长时间,这取决于路径的大小和到的初始通路被传播物种的数目。
  8. 传播完成后,将出现第二个弹出式窗口。点击“确定”按钮。这将创造出所有已经从该传播所产生的新途径的指标。
  9. 从这个指标,检查途径的详细信息,然后单击“绘图”按钮来查看和编辑每一个新的途径。
  10. 编辑或使用步骤1.10添加任何需要的元素的途径1.22。
  11. 按照步骤1.23 1.29,完成并导出途径。

4.编辑现有的途径

注意:在某些情况下,关于现有的通路的信息必须被添加或需要校正左右的路径不正确的信息。编辑现有的途径,通过下面的步骤1.1至1.3登录开始。

  1. 进入通道索引,如果不存在的话通过点击主菜单栏上的“路”。
  2. 定位要被编辑(在此情况下,“TCA循环”)的通路。如果图像是编辑点击“绘图”按钮,如果描述或引用要编辑,单击“编辑”按钮。
    1. 编辑图像,按照步骤1.10以上1.29。
    2. 要编辑途径描述或引用,按照步骤1.4至1.8,完成保存更改时,单击“更新路径”按钮。
  3. 重新生成图像通过以下步骤1.25至1.28更新变化。

5.途径查看和DownloadiNG

注:此基于Web的工具,包含了数千可以查看或下载针对不同的应用精心绘制和编辑途径。要查看或下载的路径,按照步骤1.1至1.3登录。

  1. 进入通道指数(如果不存在的话),通过点击主菜单栏上的“路”。
  2. 找到途径下载(在这种情况下,TCA循环),然后单击“显示”按钮。
  3. 点击与旁边的“查看在浏览器”标签所需要的PathWhiz ID紫色按钮(可能有多于一个的ID)。
  4. 点击侧边栏“下载”选项卡。
  5. 点击超链接下载各种文件格式的途径。

Representative Results

在这个手稿中描述的Web服务器的主要途径产生工具示于图1图2。每个选项卡提供的菜单选项也显示。 图3 4提供了一组通路创建过程的截屏。 图5提供了一组反应创建过程的截图。 图6示出在线通路观察者及其菜单。

PathWhiz可用于产生具有各种内容类型和样式的途径。这些包括“传统”的代谢途径( 图7),疾病和药物的途径示出副作用( 图8)和药物反应( 图9),以及蛋白信号传导途径( 图10)。通路可能具有相当biolo被色彩丰富gical细节或它们可被转化为简单的黑白表示( 图11)。一旦完成,这些途径可以在交互通路查看器( 图6)来查看,下载图像,或在几个不同的机器可读的数据交换格式导出用于进一步分析。注意,不同的数据交换格式的质量取决于在最初绘制途径输入的数据的质量。例如,增加更多的反应细节( 化学计量,生物学状态)会产生更多的全面BioPAX。另一方面,通路绘制重叠元素(视觉原因,例如表示结合元件或蛋白复合物)也可以产生在SBGN-ML重叠字形。

图1
图1:通路编辑器界面。该编辑器界面是康波顶级主菜单栏,二级菜单和网格帆布:3个主要部分SED。上方主菜单栏(紫色)提供的链接来查看,编辑和创建途径元素。下部辅助菜单栏(灰色)提供链接来添加和编辑中的电流路径图视觉通路的元素,如反应,相互作用,运输过程中,子通路,化合物,蛋白质,核酸,以及膜,蜂窝/亚细胞图像,缩放框和标签。该菜单还包括两个选项卡允许所选元素的编辑或画布的编辑。该网格白画布下方菜单栏是其中反应通路和过程将增加。缩放框工程作为视觉提示来指示图像中的一个选定区域的放大率。它包括连接到一个重新相当大的四边形的小正方形的。小正方形放置在要被扩大或缩小的区域,而四边形的工作原理,其中一个可以添加第一个帆布在所选区域中发生(由较小的方形)在线反应。通过双击它来访问它的侧边栏编辑缩放框。编辑选项包括下拉列表模板,颜色和Z-指数。缩放框的渲染方向可以通过选择顶部被改变,右,在模板标签左侧或底部。当选择缩放框,黑色圆圈可以拖动来调整和重新格式化不同的缩放框组件。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2
图2:通路编辑器菜单。编辑菜单提供的选项添加过程和要素,以及修改现有的元素和画布。 ( )“途径”链接提供了选择“编辑详细信息”和 “出口和视图”。 “编辑细节”选项允许该途径描述和参考的编辑而“出口和查看”选项允许的图像文件的生成或再生。 ( )“添加程序”链接提供了选项添加反应,相互作用,结合事件,传输事件,反应加上运输,或子途径到画布上。 ( )“添加空洞元素”链接提供选项用于添加的化合物,蛋白质,核酸,元素集合,或者一个边缘到画布上。这些元件将在画布的左上角显示。任意元素将出现在画布一起弹出边栏,其中用户可以搜索所需的元素或改变所述元件的细节。该元件应纳入该途径增加任何新空洞的元素,为了保持通路整洁之前。_upload / 54869 / 54869fig2large.jpg“目标=”_空白“>点击此处查看该图的放大版本。

图3
图3:途径指数化。通路索引提供现有途径的集合和一个搜索框查询特定通路。途径可以通过名称,类型,种类和创建者使用的索引表顶部的过滤棒进行过滤。它们也可以通过名称使用在网页顶部的搜索栏搜索。对外开放的“高级搜索”可以让生物状态,类型,种类,化合物和蛋白质的组合更具体的搜索。高级搜索允许使用AND,OR,和NOT逻辑运算符来创建复杂的查询。每个通道包括5个按钮:“显示”,“编辑”,“抽奖”,“消灭”和“复制”。 “显示”按钮允许查看使用浏览器的途径。 “编辑”按钮允许途径元数据,包括名称,类型,种类,说明和参考的编辑。 “绘制”按钮允许包含通路画布的编辑。在“消灭”按钮可以清除从数据库中通路(如果用户有权限)。在“复制”按钮允许选择的途径复制。的“上一个”和“下一步”按钮允许用户通路页面之间导航。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4
图4:创建新的路径表。 “新路径”按钮( 见图3)导致这里显示的路径形式。此表单包含为途径的名称,类型,种类和描述字段。 “新路径”按钮,还允许从现有的途径开始,并添加引用。 请点击此处查看该图的放大版本。

图5
图5:创建新的反应形式。 “添加过程”链接允许用户添加新的进程,如反应或结合事件。添加一个进程创建了一个模型反应,从中可视化反应可以生成并添加到途径的图。反应模型和可视化是独立的实体。 ( )的反应场许可证搜索现有反应中,反应物,产物,或酶。生物领域国家允许搜索和选择现有biologicaL状态。一旦反应选择,相应的酶可以使用“添加酶”按钮,将弹出一个自动完成的酶框添加。渲染选项允许用户选择他们希望的反应呈现的方向。一个新的反应可以通过(b)的“新的反应”按钮,这导致在那里可以添加元素和酶一个新的反应形式来创建。一旦所有字段被填充,该反应可以通过“创建反应”按钮来创建。要编辑的基本反应模式应该退出途径插画,去反应指数,查找和编辑反应出现。为了防止数据的差异,并无意改变现有的途径,这是不可能改变的反应物/产品或从反应模型取出的酶,如果它已经有现有途径可视化。因此,在编辑模式反应不会自动更新现有的反应可视化效果。为了改变反应模式必须相应的可视化重新添加到该变化出现在路径图。 请点击此处查看该图的放大版本。

图6
图6:途径查看器。右上方的浏览器界面中的按钮提供基本的导航,缩放,以及屏幕切换操作。中央视口显示,可以通过单击并拖动,或者使用鼠标缩放进行导航的途径。显示的路径元素超链接到其他的途径和数据库( HMDB,DrugBank,的UniProt)。侧菜单栏显示途径与用户提供的参考描述。侧面菜单也显示标签“高亮”,“分析”,“做wnloads“和”设置“,”高亮“选项卡允许化合物和酶进行选择,并以红色突出显示该”分析“选项卡允许输入实验浓度数据,然后映射到使用颜色渐变的途径。 “下载”选项卡提供链接到相应的下载图像文件和数据交换文件。该PNG文件是一个较小的非矢量图像文件。SVG + BioPAX链接提供较大的矢量图像文件嵌入BioPAX,对于机器的可读性。在BioPAX,SBML,SBGN和PWML链接提供不同的机器可读的格式。“设置”选项卡允许显示的图像途径视觉定制。 请点击此处查看该图的放大版本。

图7
图7:代谢途径图像。这是一个描述特定化合物(D-丝氨酸)的生物合成和降解“传统”的代谢途径的一个例子。主要代谢产物被定位在画布和反应和输送箭头(边缘)显示了通路的流的中心。边缘和元素可以自动地“啪”起来, 连接。元件捕捉点通过透明红色圆圈上的元件侧指示,并且边缘开始/结束点由上边缘端部透明的灰色圆圈表示。选中时捕捉点时翻上空盘旋,透明的绿和纯绿。为了捕捉一个边缘的元素,首先点击任一边缘开始/结束或元素捕捉点(它会变成绿色常亮)。然后点击边缘开始/结束或需要连接的元素捕捉点。边缘将自动连接到捕捉点,并保持连接until在删除内容(通过双击边缘并拖动终点而去,或将其连接到不同的捕捉点)。这是要留意选择意外捕捉点很重要,因为在尝试走动边时,这会产生意想不到的后果。选择捕捉点的固体绿色是为了提醒用户抢购,他们目前已经选择点。捕捉点可以通过点击第二次被取消。边缘也可以重新连接到它们原来的元素。当选择一个边缘,参观“编辑选择”菜单链接,然后在“编辑边”链接。这将弹出的选项自动连接边缘在不同的方向。 请点击此处查看该图的放大版本。

图8 <BR /> 图8:疾病通路图像。这是一种疾病的途径,显示受该疾病影响(肌氨酸Oncometabolite途径)器官的一个例子。附加图像元素被用来描述在代谢物浓度的增加或减少和它们的累积或耗散。 请点击此处查看该图的放大版本。

图9
图9:药物途径图像。这是一种药物的途径,其中显示出药物被代谢器官(布洛芬通路)的一个例子。围绕药物代谢物的颜色通常被描绘为粉红色。 请点击此处查看该图的放大版本。


图10:蛋白信号通路的图像。这是一个信号通路表示信令不同蛋白(EGFR途径)之间的反应的集合的一个例子。蛋白可与多个颜色来描绘和它们可以由蛋白质名称或子单元名称来表示。 请点击此处查看该图的放大版本。

图11
图11:七彩虹VS简单的途径形象。七彩途径可以与无论是白色或蓝色的背景( )丰富的生物背景下产生。叶酸代谢在这里描绘。操作简单,KEGG般的途径也可以为G用一个简单的黑与白表示(B)enerated。 请点击此处查看该图的放大版本。

图12
图12:次优路径图像。图像描绘什么是最理想的途径(TCA循环)的模样。重叠的元素和穿越的边缘使通路不知所云。如果反应元素是不小心还是正确操纵画布上会发生这种情况。操纵元素对化合物(大,中,小复方可视化或药物可视化,可视化的辅助因子,简单的底部,左或右顶部可视化)两种以上不同的模板类型导致多种图像不一致。的模板类型示于步骤1.15.2。没有连接日Ë边缘影响图像导致通路的差解释的流动。 请点击此处查看该图的放大版本。

PathWhiz VANTED PathVisio 通路工具 VisANT
网络服务器没有没有没有没有
可安装程序没有
蛋白质途径没有
代谢途径
保存为PNG / JPG没有没有
另存为HTML 没有没有没有
另存为SVG 没有
另存为PDF
除BioPAX
除SBML
除SBGN-ML 没有没有
标识符映射
膜渲染没有没有没有没有
细胞器渲染没有没有没有没有
器官渲染没有没有没有没有
色彩丰富的图像没有没有没有没有
途径说明没有没有没有
通路DB链接没有没有
通路推理没有没有没有
EXPT。数据覆盖没有没有
路径分析没有

表1:功能比较。常见的几种途径编辑/渲染工具功能比较。

补充文件1:三羧酸循环说明了PathWhiz途径的例子点击这里下载补充文件。

Discussion

此处描述了用于创建简单的代谢途径(TCA循环)的协议可以适于创建各种为任何种类的机器可读的,生物复杂途径。此外,该协议还介绍了如何可以复制或传播其他用户创建的现有途径。构建使用这种工具的路径,需要反应,相互作用,运输过程和子通路,其每一个都通过重叠元件连接的重复步骤的分步添加。将所有这些一起允许一个创造丰富多彩,赏心悦目途径图表,提供可观的生物细节和有用的生物环境。在这个协议中所描述的步骤是相对简单的,它需要建立一个通路图中的时间取决于通路的大小和复杂性。只要稍加练习,大多数人可以呈现高品质的途径图包括约15-20反应或处理一个在约15分钟ð几个细胞成分。全新的用户最多可能需要30至40分钟可生成类似规模和复杂性的一个途径。以产生一个通路所需要的时间是与反应/需要被渲染过程的数目大致线性的。

创建通过这个基于Web的工具,一个高品质的途径取决于源材料的质量和细节(书籍,在线数据库,实验数据,手绘草图途径)和途径“艺术家”的挑剔。那些希望生成更高质量的途径图表应该特别注意部分1.11,1.15和协议的1.20,因为这些部分描述了反应元件(反应物/产品,酶,边缘,图像缩放框,标签的创建和编辑,和膜)。最好的途径图将智能从B中找到了途径尽可能包括那些作为许多现有交涉合并信息ooks,海报,文件和在线数据库。以产生高品质的途径的另一个关键是仔细检查反应的正确性产生一个反应(通过部分中的协议的1.11)之前。取所涉及的时间和精力来确保反应物,产物和酶(其中有许多在PathWhiz的大型数据库中已存在)都是正确的每个物种是非常重要的。同样重要的是要意识到反应的细胞定位的,并包括以提供正确的生物上下文关键细胞或亚细胞组分。这可以通过检查和确证通过在线数据库如的UniProt反应来完成。其手头所有需要的信息,用将要创建将大大减少错误的途径的粗糙,手绘草图和花在绘图或渲染的总时间一起。

正如预期的那样,更大,更复杂的途径将需要更长的时间来呈现,particularly如果期望的要素和过程中尚未PathWhiz的数据库。当与较大的通路的工作,它通常是明智的,从自动保存模式切换到手动节省模式中,为了防止操作之间的长延迟。当复制一个通路,的时间量,用户可能等待要生成的途径取决于该途径的元素数。大多数途径可在1-2分钟内复制。当传播途径,新传播途径的成功渲染取决于两个物种的相似程度,如PathWhiz使用BLAST 17序列进行搜索,以找到物种之间的同源酶。大通路会变慢传播,因为BLAST将需要在酶的数量更多运行。试图传播显著不同物种之间的通路(酵母和人类之间说吧)会导致途径正在与一些未知的蛋白质呈现。这些“遥远”Propagated途径通常需要额外的人工编辑。由于路径图和可带到一个途径细节的高度可视化的性质,它始终是一个好主意,在电脑上工作,有相当大的屏幕(> 20英寸或“50厘米)和一个良好的互联网连接(> 5 Mbps)的。

如果遇到与渲染或屏幕清爽问题,用户可能必须做的故障排除的少量。如果一个大型的,复杂的途径时间过长更新,用户可能需要刷新页面。如果像预期的那样途径不传播,用户可能必须做一些手工编辑,以确保所有元素都正确显示。另外,作为更具体的例子中,如果不显示反应的元素,用户可能必须确保所有元件或酶适当选择和边缘是不隐藏。如果遇到问题,在主标题中的“帮助”链接可能是有用的。的教程该“指南”选项卡,用户手册下可用可用“用户指南”选项卡下。这两种解释许多的详细工具的功能。指南可以被用来排除或者解释为一个特定特征潜在的局限性,当用户锁定一个通路,例如和后来的用户希望进行编辑。

通过该协议,并通过在附图中提供的实施例强调的,该工具提供了许多在任何(或大部分)其它途径绘图工具( 见表1)未发现独特的功能。首先,它是完全基于网络的和完全独立于平台的。第二,它支持多色的,生物复合物,视觉上令人满意的,完全的超链接通路图表,也可以被转换为机器可读格式(BioPAX,SBGN-ML 18 SBML 19,PWML 14)的呈现和轻便的产生。第三,途径图属泰德此工具可以浏览,搜索,选择,并通过一个易于使用的在线数据库,查看界面轻松地探索。四,网络工具旨在支持社区的捐款途径,允许“通路人群采购”,鼓励新途径和新途径要素共享和生成。

通过这个基于web工具产生的途径,可用于各种应用。细节丰富,完全超链接的途径可以很容易地整合到蛋白质组学,代谢组学和系统生物学应用的特定生物的数据库。 Internet访问途径是教育和培训尤其有用,因为可以通过基于Web的图像细节往往比什么都通过静态图像或通过一个单一的课本或期刊页面显示大得多。这个基于Web的工具还支持途径表示了更适合于印刷和出版的产生。其结果是,通过该基于web工具产生许多图像中出现的文件,海报和幻灯演示。导出到通路基于文本的数据交换文件格式(如BioPAX和SBML)允许使用该Web服务器生成的途径可以直接在计算机分析系统生物学和代谢建模应用中使用。传播物种之间通路允许推断也可以在关于生物过程,尤其是已被最近测序的物种之一。虽然目前PathWhiz不存在现有的所有途径,它的公共途径数据库继续增长,导致新的,人群来源的途径收集的出现。这些藏品不仅很容易扩展到新的物种,他们将有希望导致其独特的生物学和生物化学更深入的了解。

Disclosures

作者什么都没有透露。

Acknowledgments

作者要感谢卫生研究院(CIHR)和基因组阿尔伯塔,加拿大基因组的一个部门的加拿大学院,给予资金支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Computer with colour screen N/A N/A  >20 inches or >50 cm
Internet connection  N/A N/A >5 mbps
Modern web browser  N/A N/A Google Chrome (v. 31 and above), Internet Explorer (v. 9 and above), Safari (v. 7 and above), Opera (v. 15 and above) and Firefox (v. 23 and above)

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一个网络工具,用以生成高质量机器可读的生物学途径
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Ramirez-Gaona, M., Marcu, A., Pon, A., Grant, J., Wu, A., Wishart, D. S. A Web Tool for Generating High Quality Machine-readable Biological Pathways. J. Vis. Exp. (120), e54869, doi:10.3791/54869 (2017).More

Ramirez-Gaona, M., Marcu, A., Pon, A., Grant, J., Wu, A., Wishart, D. S. A Web Tool for Generating High Quality Machine-readable Biological Pathways. J. Vis. Exp. (120), e54869, doi:10.3791/54869 (2017).

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