Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

En Web værktøj til at generere høj kvalitet maskinlæsbare biologiske veje

doi: 10.3791/54869 Published: February 8, 2017

Summary

PathWhiz er en omfattende, online vej tegning værktøj til at generere biokemiske og biologiske veje. Det bruger offentligt tilgængelige databaser og let udvides paletter, der består af pre-trukket pathway komponenter. Denne protokol beskriver, hvordan man nemt bygge nye veje, kopiere og redigere eksisterende veje, og udbrede tidligere trukket veje til forskellige organismer.

Abstract

PathWhiz er en web-server bygget til at lette oprettelsen af ​​farverige, interaktive, visuelt tiltalende pathway diagrammer der er rige på biologisk information. De veje, der genereres af denne online ansøgning er maskinlæsbare og fuldt kompatible med stort set alle web-browsere og operativsystemer. Det bruger en specielt udviklet, web-aktiveret pathway tegning interface, der tillader Valg og placering af forskellige kombinationer af præ-trukket biologiske eller biokemiske enheder at skildre reaktioner, interaktioner, transportprocesser og bindende begivenheder. Denne palet af enheder består af kemiske forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, cellulære membraner, subcellulære strukturer, væv og organer. Alle de visuelle elementer i det kan interaktivt justeres og tilpasses. Desuden fordi dette værktøj er en web-server, alle veje og pathway elementer er offentligt tilgængelige. Denne form for sti "crowdsourcing" betyder, at PathWhizallerede indeholder en stor og hastigt voksende samling af tidligere trukket stier og pathway elementer. Her beskriver vi en protokol for den hurtige og lette oprettelsen af ​​nye veje og ændring af eksisterende veje. For yderligere at lette vej redigering og skabelse, værktøjet indeholder replikation og formering funktioner. Den replikering funktion kan eksisterende veje, der skal bruges som skabeloner til at oprette eller redigere nye veje. Udbredelsen funktion gør det muligt at tage en eksisterende sti og automatisk udbrede det på tværs af forskellige arter. Pathways er oprettet med dette værktøj kan være "re-stylet" i forskellige formater (Kegg-lignende eller tekst-bog lignende), farvet med forskellige baggrunde, der eksporteres til BioPAX, SBGN-ML, SBML eller PWML dataudvekslingsformater, og downloades som PNG eller SVG-billeder. Veje kan nemt indarbejdes i online databaser, integreret i præsentationer, plakater eller publikationer, eller udelukkende anvendes til online visualisering og udforskning. Denne pRotocol er blevet anvendt med succes til at generere over 2.000 pathway diagrammer, som nu findes i mange online-databaser, herunder HMDB, DrugBank, SMPDB, og ECMDB.

Introduction

Biologiske pathway diagrammer er ligesom planer for livet forskere. De er måske den mest præcise og informative ruter for skildrer biologiske processer og de kontekstuelle sammenhænge mellem gener, proteiner og metabolitter. Dette skyldes, at billederne er meget mere effektivt behandlet og ofte langt mere let forståeligt mennesker end tekst 1. Kvaliteten, detalje, og indholdet af pathway diagrammer kan variere betydeligt. Disse forskelle afhænger ofte på formål af vejen og færdigheder vejen kunstner. Veje skabt til uddannelsesmæssige formål såsom vægkort eller lærebøger ofte skabt af professionelle kunstnere. Som et resultat er disse pathway diagrammer er meget mere visuelt tiltalende og tilbyde betydeligt mere biologisk detaljer med afbildninger af metabolit strukturer, subcellulære komponenter, cellestrukturer, væv og organer. Disse "lærebog" repræsentationer omfatter ofte detaljerede noter ogkommentarer. På den anden side, pathway diagrammer designet til internet applikationer ofte nødt til at ofre artisteri og visuel rigdom til fordel for forenklede maskinlæsbare "ledninger" diagrammer. Disse wireframe diagrammer er lettere billede-kortlagt og hyperlinks. Forenklet pathway diagrammer er grundlaget for sådanne populære online pathway databaser som Kegg 2, MetaCyc 3, Wikipathways 4, og Reactome fem. Fremkomsten af ​​computer-kompatible pathway databaser har også ført til fremkomsten af ​​computer-kompatible vej tegneværktøjer. Med andre ord, man ikke behøver at være en professionel kunstner eller en professionel programmør til at generere brugbare pathway diagrammer. For eksempel BioCyc s Pathway værktøjer 6 og Wikipathway s PathVisio software 7 giver brugerne mulighed for frit at generere og dele maskinlæsbare veje i BioPAX 8 and / eller HTML-format. Derudover er der en række andre enkeltstående freeware pakker samt kommercielle pakker, der understøtter dannelsen af forskellige maskinlæsbare, wire-frame veje, såsom Cytoscape 9, GenMAPP 10, PathCase 11, og VisANT 12.

Forenklingen af ​​internet pathway diagrammer stort set voksede fra de historiske begrænsninger, der findes i mange web-browsere og web-baserede rendering værktøjer. Men betydelige fremskridt i web-teknologier er blevet gjort, i de seneste par år. Dette antydede, at det kunne være muligt at generere interaktive, internet-kompatible pathway diagrammer, der er lige så farverig, lige så æstetisk tiltalende og lige så biologisk komplet som dem, der findes i lærebøger. Dette arbejde førte til udviklingen af ​​PathWhiz. PathWhiz blev gennemført ved hjælp af en Ruby on Rails (http://rubyonrails.org version 4.2.0) web framework indarbejde en MySQL relationsdatabase (https://www.mysql.com version 5.1.50) til at styre alle de pathway data, herunder enhed relationer, eksterne referencer, beskrivelser, visualisering specifikationer og kemiske strukturer. Front-end web-klient er kontrolleret af Ruby on Rails kombineret med Backbone.js (http://backbonejs.org version 1.0.0) som front-end web ramme for redaktøren.

Oprindeligt udviklet til datasikring af det humane kun lille molekyle Pathway Database (SMPDB) 13, har PathWhiz 14 siden blevet udvidet til at støtte pathway generation for mange andre organismer og til at fungere som en generel pathway billede og videndatabase. Især denne web værktøj giver mulighed for at skabe det fulde spektrum af biokemiske / biologiske veje, herunder metaboliske, protein interaktion, molekylær signalering, fysiologiske og narkotika / smitteveje. Denne vej tegneværktøj adskiller sig fra de fleste andrepathway genererende værktøjer i tre store måder: 1) det er en web-server i stedet for en enkeltstående, installeres softwarepakke; 2) den støtter den lette produktion og interaktive visualisering af kemiske forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, cellulære membraner, subcellulære strukturer, væv og organer; og 3) det giver brugerne mulighed for nemt at låne, bygge eller forbedre arbejdet med andre brugere, hvorved "crowd-fremskaffede" sti generation. Som en web-server, det har flere fordele i forhold downloades, platform-specifikke softwareværktøjer. Især det er foreneligt med enhver platform, operativsystem og moderne webbrowser. Hertil kommer, at det ikke kræver, at brugeren at tilmelde sig for at begynde at oprette en sti (selvom brugere frit kan oprette en "privat konto" for at spore og kontrollere tilgængeligheden af ​​de veje, de skaber). Måske den mest tiltalende træk ved dette værktøj er mængden af ​​biologiske og biokemiske detalje, der let kan tilsættes tilenhver vej gennem en palet af præ-renderet billeder og en omfattende database af protein og biokemiske data. Dette giver både "ikke-kunstnere" og "ikke-programmører" for nemt at oprette farverige, æstetisk tiltalende og rigt detaljerede veje, der er web-kompatibel og fuldt maskinlæsbare. En mere detaljeret sammenligning mellem PathWhiz og andre pathway tegneværktøjer er tilvejebragt i tabel 1.

En række populære life science-databaser har allerede brugt denne vej tegneværktøj til at oprette databasen specifikke, online, interaktive pathway diagrammer. For eksempel Escherichia coli metabolomet Database (ECMDB) 15 for nylig opdateret sin vej bibliotek med mere end 1.650 veje trukket hjælp webbaseret værktøj. Hver vej i ECMDB vises nu som en rigt farvet, fuldt hyperlink kort billede med detaljerede metabolit og protein struktur skildringer, samt en forenklet sort og hvid Kegg-like wire diagram. Denne store vej opdatering førte til opdagelsen af mange mellemliggende metabolitter, havde ikke tidligere er blevet medtaget i andre Escherichia coli metaboliske databaser. Andre databaser, såsom Human metabolomet Database (HMDB) 15, ikke kun stole på PathWhiz veje til at skildre og beskrive metaboliske og signalveje, men også at skildre de metaboliske ændringer, der er involveret i sygdomme som kræft. HMDB omfatter i øjeblikket 101 metaboliske veje, 376 narkotika action veje, 233 sygdom-associerede veje og 16 signalveje, alle genererede via denne web-værktøj.

Følgende protokol beskriver i detaljer, hvordan PathWhiz kan anvendes til nemt at oprette, kopiere, og udbrede biokemiske veje til en række forskellige formål og anvendelser.

Protocol

1. Pathway Generation

  1. Gå til http://smpdb.ca/pathwhiz ved hjælp af en moderne webbrowser.
  2. Fra menulinjen, vælge enten "Prøv mig!" at bruge værktøjet som gæst (veje trukket vil være offentlig), "Sign Up" for at registrere en konto (veje trukket vil kun være redigeres af brugeren), eller "Log ind" for at bruge en eksisterende konto. For at registrere en konto, gå til trin 1.2.1, ellers gå til trin 1.3.
    1. For at registrere en konto, udfylde formularen med en e-mail, navn, tilhørsforhold, by, land, og 8 tegn minimum password med bekræftelse adgangskode og klik på "Tilmeld".
  3. Hvis ikke automatisk omdirigeret til sti-indekset, skal du vælge linket "Uafgjort" i menulinjen. Dette indeks side viser en tabel over de eksisterende veje. Klik på "Ny Pathway" knappen for at starte en ny vej.
  4. Indtast navnet på vejen, der skal drages (f.eks TCA Cycle).
  5. Vælg type af sti til at trække fra drop down listen (f.eks Sygdom / Drug / Metabolisk / Signaling / Physiological). Det er muligt at generere kemiske veje samt protein signalering, DNA / RNA veje eller protein-protein-interaktion pathways.
  6. Søg efter og vælg en art ved at skrive det videnskabelige navn af organismen i autofuldførelse boks (fx typen Escherichia coli). Hvis navnet på organismen ikke findes i drop down listen, skal du klikke på knappen "Ny" og følge trin 1.6.1 til 1.6.5 for at tilføje en ny organisme, ellers fortsæt til trin 1.7.
    1. Indtast det videnskabelige navn af de arter (f.eks Gorilla gorilla) og det almindelige navn (f.eks Gorilla).
    2. Vælg klassificeringen af arterne fra drop down listen som Eukaryot eller Prokaryoters og indtaste taksonomi id fra NCBI taksonomi (f.eks 9593).
    3. Klik på "Opret Arter" knappen.
  7. Indtast en comprehentende beskrivelse af vejen. Se Supplerende File 1 for et eksempel på en beskrivelse. Jo mere fuldstændig beskrivelse, jo lettere er det at søge og finde vej, og jo mere populær vejen vil være blandt brugerne.
  8. Tilføj eksterne referencer til vejen ved at klikke på "Add Reference" knappen og følge trin 1.8.1 til 1.8.2, ellers gå til trin 1.9.
    1. Indtast PubMed ID (som automatisk vil generere citatet tekst) eller tilføje citation tekst manuelt (og forlade PubMed ID-feltet tomt) (f.eks PMC545700 eller Kang Y, et al. Genome Wide Expression analyse viser, at FNR af Escherichia coli K-12 Regulerer et stort antal gener med ukendt funktion J. Bacteriology 187 (3):.. 1135-1160 doi:. 10,1128 / JB.187.3.1135-1160 2005).
    2. Gentag denne proces, indtil alle de ønskede referencer er blevet tilføjet.
      BEMÆRK: I de fleste tilfælde kun er behov for én eller to referencer. Men den flere meta-data en can tilføje, jo mere populær vejen være.
  9. Klik på "Opret Pathway" knappen. En hvid inddelte lærred vises med en grå menulinje. Det er her tegningen finder sted.
  10. Klik på "Tilføj Process" linket og vælg "Føj Reaktion" for at tilføje den første proces visualisering. For eksempel starte med en reaktion, der viser omdannelsen af ​​oxaleddikesyre til citronsyre, via enzymet citratsynthase.
    BEMÆRK: Processer er biologiske arrangementer eller aktiviteter. Processer kan inddeles i fire kategorier: reaktioner, transport begivenheder, interaktioner og bindende begivenheder. I dette eksempel er vist en reaktion, men de samme principper gælder for tilsætning nogen form for processen.
  11. Søg eksisterende reaktioner ved at indtaste reaktanter, produkter eller enzymer i autofuldførelse boks (f .eks. "Oxaleddikesyre" eller "Acetyl CoA"). Rul gennem de eksisterende reaktioner for at finde den ønskede reaktion, skal du vælge det og gå direkte til Step 1.12, eller, hvis den ønskede reaktion ikke findes, skal du klikke på "Ny Reaction" knappen og følg trin 1.11.1 til 1.11.11 for at tilføje en ny reaktion model til databasen.
    1. På Ny Reaction formularen, skal du klikke på "Tilføj Venstre Element" knappen for at tilføje en reaktant på venstre side af reaktionen. Reaktioner skrives som reaktionsligninger med en venstre side og en højre side.
    2. Vælg støkiometrien og element type (Compound / Protein Complex / Element Collection / Nucleic Acid / Bound Element). Søg efter det element på navn i autofuldførelse boks (fx "oxaleddikesyre"). Vælg det ønskede element. Gå til trin 1.11.3 eller, hvis det ønskede element ikke findes, skal du klikke på knappen "Ny" og følg trin 1.11.2.1.
      1. På det nye element form udfylde felterne korrekt og gemme.
    3. Gentag trin 1.11.1 og 1.11.2 for hvert element involveret i venstre side af reaktion (f.eks tilføje to flere forbindelser, "AceTyl-CoA "og" vand ").
    4. Vælg retning af vejen fra drop-down listen (f.eks vælge pilen rettet fra venstre til højre).
      BEMÆRK: Arrow repræsentationer omfatter Venstre til højre, Højre til venstre, og Vendbar.
    5. Med den venstre del af reaktionen nu afsluttet, skal du klikke på "Tilføj Right Element" knappen for at tilføje et produkt.
    6. Vælg støkiometrien og element type som i trin 1.11.2. Søg efter det element ved navn i autofuldførelse boks (fx "Citronsyre"), og vælg det ønskede element. Hvis den ønskede element ikke findes, skal du klikke på knappen "Ny" og følg trin 1.11.2.1.
    7. Gentag trin 1.11.5 og 1.11.6 for hvert element involveret i højre side af reaktionen (f.eks tilføj "Hydrogen Ion" og "Coenzym A").
    8. Efter reaktanterne og produkterne er blevet genereret, skal du klikke på "Tilføj Enzym" knappen for at tilføje et enzym til reaktionen.
    9. HavRCH for enzymet ved at skrive sit navn i autofuldførelse boks (fx "citratsynthase"), og vælg det ønskede enzym. Hvis enzymet ikke findes i databasen, skal du klikke på knappen "Ny" og følge trin 1.11.9.1 til 1.11.9.7.
      1. Når du opretter et nyt enzym, bruge det nye enzym formular at udfylde enzymet navn og arter på de tilsvarende faner (f.eks Navn: citratsynthase, Arter: Escherichia coli).
      2. Klik på "Tilføj Protein" knappen for at tilføje artsspecifikke oplysninger (dvs. sekvens og kvaternære struktur oplysninger) til dette enzym.
      3. Udfyld støkiometrien og søge efter proteinet ved navn (citratsynthase), gen-navn (gltA), eller UniProt id i autofuldførelse kassen. Vælg det ønskede protein eller, hvis det ønskede protein ikke findes, skal du klikke på knappen "Ny" og følg trin 1.11.9.3.1.
        1. På den nye Protein form udfylde felterne korrekt, og klik på4;. Protein "knappen Opret Obligatoriske felter omfatter navn og UniProt ID Resten af ​​felterne er valgfrie..
      4. Brug "Tilføj Modifikationer" og / eller "Tilføj Cofaktorer" knapper for at tilføje protein ændring eller enzym cofaktorer, hvis det kræves. I dette tilfælde hverken er nødvendige. Udfyld felterne korrekt.
      5. Klik på knappen "Tilføj Biologisk stat" for at tilføje en subcellulære placering til enzymet.
      6. Søg efter den ønskede biologiske tilstand ved at indtaste arten, celletype og / eller subcellulære placering i autofuldførelse boks (fx "Escherichia coli, Cell, Cytosol"). Vælg den ønskede tilstand eller, hvis den ønskede tilstand ikke findes, skal du klikke på knappen "Ny" og fortsæt til trin 1.11.9.6.1.
        1. På Ny Biologisk staten form udfylde felterne korrekt. Hvis arterne osv, ikke findes, skal du bruge knappen "Ny" som beskrevet ovenfor i trin 1.6.1 til 1.6.5. Når gørne, klik på "Opret Biologisk stat" knappen.
      7. Klik på "Opret Enzym" knappen for at gemme enzymet.
    10. Gentag trin 1.11.8 til 1.11.9 at tilføje yderligere enzymer, hvis det er nødvendigt.
      BEMÆRK: En reaktion kan have mange forskellige enzymer forbundet med det, og enzymerne behøver ikke at tilhøre den samme biologiske tilstand eller art (så længe reaktanterne og produkterne er de samme). Når du tegner en reaktion er det altid muligt at vælge, hvilke af vores associerede enzymer skal vises.
    11. Klik på "Opret Reaktion" knappen for at gemme den nye reaktion.
  12. Angiv reaktionens subcellulære placering (for denne særlige vej) i Biologisk State feltet, hvis kendt.
  13. Vælg det ønskede for første rendering reaktionen fra drop down lister (Venstre til højre, Højre til venstre, vandret / lodret) orientering (f.eks vælge venstre til højre og vandret).
  14. Ved hjælp af en mus eller pegefelt, klikke og trække for at flytte reaktions- elementer på lærredet som ønsket. Følg trin 1.15.1 til 1.15.5 for repositionering og redigering af reaktions- elementer (forbindelser, kanter og / eller enzymer) af den nyligt oprettede reaktion.
    1. Vælg en eller flere elementer (forbindelser, kanter og / eller enzymer) på samme tid ved enten single-klikke hvert element for at tilføje dem en efter en til den aktuelle markering, eller vælg alle elementer ved at bruge markøren til at trække en boksen omkring de relevante elementer. De valgte elementer vil blive farvet rød.
      1. Træk de valgte elementer på tværs af lærredet at flytte dem i det ønskede område (som regel i midten af ​​lærredet) ved hjælp af en mus eller pegefelt. Fravælge elementer ved at klikke på dem en anden gang, eller klikke på tomt lærred.
    2. Dobbeltklik på en kemisk forbindelse(Det vil blive omgivet af en stiplet grå boks) at få adgang til en pop-up sidebar, der vises i højre side af skærmen. Brug denne sidebar at redigere skabelonen, biologiske tilstand, z-indeks og komplet reaktion detaljer.
      1. Vælg en type af skabelon fra de tilgængelige muligheder (Large, Medium eller Small Compound Visualisering, Large, Medium eller Small Drug Visualisering, cofaktor Visualisering, Simple Bund, Venstre Højre eller Top Visualisering). Tilføj en biologisk stat og redigere z-index, hvis nødvendigt.
        BEMÆRK: Det er bedst at holde den type template konsekvent i hele vej, bortset fra at skelne mellem sammensatte typer, dvs. lægemidler vs. metabolitter.
    3. Dobbeltklik på et protein / enzym (det vil blive omgivet af en stiplet grå boks) at få adgang til et pop-up sidebar (vises på højre side af skærmen). Brug denne sidebar at redigere skabelonen, biologiske tilstand, z-indeks, protein komplekse detaljer, og komplette reaktion detaljer.
      1. Vælg en type af skabelon fra de tilgængelige muligheder (Enzyme monomer, Dimer eller Tetramer, etiket, Protein Label eller Subunit Label, Transporter, receptor eller Repressor). Tilføj en biologisk stat og redigere z-index, hvis nødvendigt.
        BEMÆRK: Forskellige farver er tilvejebragt for at skelne mellem proteiner; standard farve er indstillet til grøn.
    4. For at rette information for en hel proces, dobbeltklik på nogen af ​​dens elementer (de vil blive omgivet af en stiplet grå boks), og få adgang til "Edit Selected" linket i den sekundære menu bar (grå). To muligheder vil blive vist: "Rediger <Element>" og "Rediger <Proces>".
      BEMÆRK: "Rediger <Element>" vil dirigere brugere til indholdsoversigten for det tilsvarende element. "Rediger <Proces>" vil afsløre muligheder for at "Edit Details", ændre retningen, hvor processen er gjort (Vandret / Lodret og venstre / højre), eller tilslut kanter (ogsåVandret / Lodret og venstre / højre). Hvis du klikker på Edit Details link vil føre til en skærm, hvor oplysninger om reaktionen og alle dets elementer kan redigeres på en gang, herunder Biologisk Stater, skabeloner, og z-indeks. Enzymer kan tilføjes eller fjernes fra displayet, og elementer og kanter kan skjules, hvis det ønskes. For eksempel, skal du dobbeltklikke på Hydrogen Ion element, og klik derefter på "Rediger Selected". Placer markøren over "Rediger Acetyl-CoA + oxaleddikesyre + Vand → Citronsyre + coenzym A + Hydrogen Ion" og vælg "Rediger oplysninger". Tilføj en biologisk stat for hver forbindelse (Escherichia coli, Cell, cytoplasma). Når det er gjort, gå til bunden af ​​siden og klik på lilla "Opdater Reaction" knappen. Kun enzymer, der allerede er knyttet til denne reaktion kan sættes til pathway på dette stadium. Hvis nye enzymer skal sættes til reaktionsblandingen model, tilbage til reaktionsblandingen indeks (under fanen "Processer"), finde den ønskede reaktion,og tilføje dem der.
    5. Rediger reaktionen kanter gennem et enkelt klik eller et dobbeltklik.
      1. Vælg reaktionsbetingelserne kanter for at manipulere dem på samme måde som forbindelser og proteiner. Klik og træk på kanten for at flytte hele kanten.
        BEMÆRK: start- og slutpunkter kan også klikkes og slæbte for at ændre kantlængde. Når der er valgt start / slutpunkt af en kant, kan den tilknyttede "knop" justeres til at styre retningen og krumning af start / slutpunkt. For at tilføje ekstra noder til kanten, skal du vælge kanten og bemærk det blå rektangel, der vises. Klik på den øverste halvdel af rektanglet for at tilføje en node, og klik den nederste halvdel for at fjerne en knude.
      2. Dobbeltklik på start / slutpunkt af en kant at cykle start / slutpunkt gennem den spidse pil, blokering pil, og ingen pil muligheder.
  15. Når den første reaktion er trukket som ønsket, vælge produkt af reaktionen (f.eks citronsyre)ved at dobbeltklikke på det (bemærk ændring i farven til rød) for at tilføje den næste proces på denne reaktion produkt (i dette tilfælde Citronsyre til cis -Aconitic Acid via aconitat hydratase).
  16. Når det er valgt, skal du klikke på "Tilføj Process" fanen og klik på "Tilføj Reaktion" valgmulighed.
  17. Tilføje en anden reaktion på TCA Cycle (i dette særlige eksempel) ved at gentage fremgangsmåden til tilsætning af en reaktion (trin 1.11 til 1.15). Da denne reaktion bygges off en eksisterende reaktionsprodukt, kun reaktioner, der indeholder det valgte element vises.
  18. Tilsæt de øvrige reaktioner til TCA cyklus ved at følge trin 1,11-1,15 for hver reaktion.
  19. Når alle reaktioner er blevet tilføjet, tilføje visuelle elementer såsom membraner, DNA, tRNA'er, subcellulære organeller, organer, væv, zoom kasser eller etiketter ved at klikke på "Tilføj Visual Element" linket og vælge en af ​​de "Tilføj Membrane", "Tilføj Image "," Tilføj Zoom Box "eller"; Tilføj Label "indstillinger Følg trin 1.20.1 til 1.20.4 at tilføje visuelle elementer..
    1. Klik på "Tilføj Membrane" mulighed for at tilføje en cellulær membran. Rediger denne membran ved at dobbeltklikke på den for at få adgang til indholdsoversigten. Vælg den type membran i skabelonen felt placeret på sidelinjen. Vælg "Lukket membran" mulighed for at gengive en boxed membran.
    2. Klik på "Tilføj billede" for at tilføje et billede i øjeblikket eksisterende i PathWhiz databasen (standard billeder omfatter organer, organeller, og væv). Rediger billedet ved at dobbeltklikke på den for at få adgang til et sidepanel. Rediger indstillinger er selvforklarende og inkluderer dybde skalering med z-index, skalere op / nedskalere, og drej til venstre / drej til højre.
    3. Klik på "Tilføj Zoom Box" mulighed for at tilføje en zoom boks til et bestemt billede.
    4. Klik på "Tilføj Label" mulighed for at tilføje en tekst label. Rediger etiketten ved at dobbeltklikke på den for at få adgang til dens sidebar. Redigering muligheder omfatter etiketten skabelon, tekst, ogz-indeks.
      BEMÆRK: "Tilføj intetsigende Element" link giver muligheder for at tilføje uvedkommende forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, element samlinger eller kanter til lærredet, som ikke er forbundet med nogen proces. Disse elementer vil dukke op i første omgang i øverste venstre hjørne af lærredet. De fremstår som arbitrære elementer, der kan redigeres i indholdsoversigten, hvor brugeren kan vælge den ønskede element og ændre visualisering detaljer elementet. Elementet bør inkorporeres i vejen, før du tilføjer nye indholdsløse elementer for at opretholde sti pænheden. Indholdsløse elementer er kun beregnet til at hjælpe med visuel forståelse (dvs. illustrerer tilstedeværelsen af flere tRNA'er under transkription) og ikke repræsenterer interne proceskomponenter. De skal bruges sparsomt, da de kun vil dukke op i visualiseringen, og er ikke inkorporeret i maskinlæsbare formater (BioPAX, SBML, SBGN, PWML).
  20. Tilføj en sub-pathway ved at klikke på "Tilføj Process" linket og vælge "Tilføj Sub-Pathway" valgmulighed.
    BEMÆRK: Sub-veje kan også lænket til eksisterende reaktioner, på samme måde som vist i trin 1.16 til 1.18. Tilføjelsen af ​​sub-veje kan reducere kompleksiteten af ​​store eller komplekse veje. De kan også bruges til at give yderligere oplysninger om forbindelser mellem kendte veje.
  21. Søg efter sub-pathway navn i autofuldførelse boksen. Kun sub-veje, der allerede er defineret for denne vej vil blive vist i autofuldførelse boksen, og dermed om det er en ny vej, vil der ikke sub-veje frem. Hvis den ønskede sub-pathway ikke findes, skal du klikke på "Ny Sub-Pathway" knappen og følg trin 1.22.1 til 1.22.3.
    1. Vælg sub-pathway type (Sub Pathway / Hæmmende Sub Pathway / Aktivering Sub Pathway).
    2. Indtast sub-pathway navn.
    3. Tilføj input og output elementer til sub-pathway på samme måde som at tilføje reaktanter og proddukter til en reaktion (trin 1.11.1 til 1.11.3 ovenfor).
      BEMÆRK: En sub-pathway skal have mindst én indgang eller udgang element. Dette gør det muligt at være forbundet til de andre processer i reaktionsvejen, på samme måde som reaktioner er lænket (trin 1,16 til 1,18 ovenfor).
    4. Klik på "Opret Sub-Pathway" knappen.
  22. Juster lærredet størrelse med en sti diagram ved at klikke på "Andet" linket og vælge "Skift Canvas Size" valgmulighed. For at ændre lærredet størrelse, skal du følge trin 1.23.1 til 1.23.3.
    1. Udfyld "Ny Højde" feltet og "Ny Width" feltet i overensstemmelse hermed.
    2. Vælg den ønskede retning, som lærredet bør stige eller falde i størrelse ved at klikke på den tilsvarende knap på nettet i afsnittet "Anchor".
    3. Klik på "Opdater Canvas Size" knappen.
  23. Alternativt, justere lærred størrelse automatisk. Når vejen er færdig, cslikke "Andet" link og vælg "Tilpas lærred til sti" valgmulighed. Dette vil automatisk trimme lærredet omkring de eksisterende pathway elementer.
  24. Når vejen er færdig, skal du klikke på linket "Pathway", og vælg "Export og View" valgmulighed.
  25. Brug "Baggrundsfarve for billeder" mulighed for at vælge enten blå eller hvid som baggrundsfarve for billedet.
  26. Vælg enten Ja eller Nej til "Generer også forenklet version?" mulighed. Hvis du vælger Ja, en Kegg-lignende wire diagram vil også automatisk blive genereret for vejen.
  27. Klik på "Generer billedfiler" knappen.
    BEMÆRK: Dette genererer forskellige dataudvekslingsformater og billedfiler til vejen. Billeder skal være re-genereres hver gang vejen er opdateret, og det kan tage flere minutter.
  28. Når billedet er blevet genereret, skal du klikke på knappen "Vis i Viewer" for at se et fuldt hyperlink, høj opløsning stimåde billede i browseren.
    BEMÆRK: "Vis i Viewer" knappen vises kun for veje, når deres billeder er blevet genereret. Denne visning indeholder også links til at downloade vejen i forskellige valutakurser og billeddata formater.

2. Pathway Replication

BEMÆRK: Pathway replikering er en hurtig og nem vej til at tage en eksisterende sti i PathWhiz bibliotek og duplikere det, så det kan fungere som en skabelon for yderligere redigering eller ændring. For at kopiere en vej, følg trin 1,1-1,3 at logge på, hvis det ikke allerede er gjort.

  1. Gå til vejen indekset, hvis ikke der allerede ved at klikke på "Pathways" på hovedmenuen bar. Søg efter det ønskede vej til at blive gentaget ved at indtaste dens navn i søgefeltet og klikke på "Søg" knappen (fx "TCA cyklus").
  2. Find vejen til blive gentaget (fx "TCA Cycle"), og klik på den grønne "Repliker", menton.
  3. Rediger navnet på vejen, hvis det ønskes (f.eks type "TCA cyklus Practice". Ikke to veje kan have samme navn.
  4. Angiv en ny eller anden beskrivelse af vejen (se trin 1.7).
  5. For at tilføje nye eller andre henvisninger til vejen, skal du klikke på knappen "Add Reference" og følg trin 1.8 ovenfor.
  6. Klik på "Opret Pathway" knappen. En lilla fremskridt hjul vises, mens vejen bliver bygget. Denne proces kan tage flere minutter eller mere, afhængigt af størrelsen af ​​vejen.
  7. Redigere eller tilføje de ønskede elementer til vejen ved hjælp af trin 1,10-1,22.
  8. Følg trin 1,23-1,29 at udfylde og eksportere vejen.

3. Pathway Formering

BEMÆRK: Pathway formering er en hurtig og nem vej til at tage en eksisterende sti i PathWhiz bibliotek for en organisme (f.eks Escherichia coli) og for at skabe en lignende vej for en andenorganisme (f.eks Staphylococcus aureus). Denne proces indebærer at finde og erstatte S. aureus proteiner til E. coli-proteiner og regenerere hele pathway med S. aureus proteiner eller gener. For at udbrede en sti starte ved at følge trin 2.1 og 2.2 ovenfor.

  1. Find vej til at blive formeret (i dette tilfælde TCA Cycle), og klik på knappen "Show".
  2. Klik på knappen "Propagate" i øverste højre hjørne.
  3. På formering formularen, skal du klikke på "Tilføj Arter" knappen for at identificere de arter, som den eksisterende vej vil blive konverteret. kan tilføjes flere arter, selv om flere arter der er, jo længere konverteringen tid.
  4. Søg efter en eksisterende arter eller tilføje en ny art efter trin 1.6.1 til 1.6.5 ovenfor.
  5. Hvis det ønskes, ændre e-værdi til at bestemme tærsklen lighed for at finde protein homologer. Vælg Ja eller Nej for "Anmeldt Proteiner Only"Valgmulighed (dette indikerer som UniProt proteiner bør anvendes i den genererede pathway).
  6. Klik på knappen "Propagate Pathway".
  7. Klik på "OK" knappen i pop-up vindue.
    BEMÆRK: En lilla fremskridt hjul vises, mens vejen er plantemateriale. Denne proces kan tage flere minutter eller mere, afhængigt af størrelsen af ​​vejen og antallet af arter, hvor den oprindelige pathway bliver opformeret.
  8. En anden pop-up vindue vises, når overførslen er udført. Klik på "OK" knappen. Dette vil skabe et indeks, der viser alle de nye veje, der er blevet genereret fra dette formering.
  9. Fra dette indeks, kontrollere pathway detaljer og klik på knappen "Uafgjort" for at se og redigere hver af de nye veje.
  10. Redigere eller tilføje de ønskede elementer til vejen ved hjælp af trin 1,10-1,22.
  11. Følg trin 1,23-1,29 at udfylde og eksportere vejen.

4. Redigeringen eksisterende Pathway

BEMÆRK: I nogle tilfælde nye oplysninger om en eksisterende vej skal tilføjes eller forkerte oplysninger om en vej skal rettes. For at redigere en eksisterende vej, start ved at følge trin 1,1-1,3 at logge ind.

  1. Gå til vejen indekset, hvis ikke der allerede ved at klikke på "Pathways" på hovedmenuen bar.
  2. Find vejen, der skal redigeres (i dette tilfælde "TCA cyklus"). Hvis billedet skal redigeres klikke på knappen "Uafgjort", hvis beskrivelsen eller referencer, der skal redigeres, skal du klikke på knappen "Rediger".
    1. For at redigere billedet, skal du følge trin 1,10-1,29 ovenfor.
    2. For at redigere vejen beskrivelse eller referencer, følge trin 1,4-1,8 og klik på knappen "Opdater Pathway" når du er færdig for at gemme ændringerne.
  3. Regenerere billedet for at opdatere ændringerne ved at følge trin 1,25-1,28.

5. Pathway Visning og Downloading

BEMÆRK: Denne webbaserede værktøj indeholder tusindvis af omhyggeligt trukket og redigerede veje, der kan ses eller downloades til forskellige anvendelser. For at se eller downloade en vej, følg trin 1,1-1,3 at logge ind.

  1. Gå til sti-indeks (hvis ikke der allerede) ved at klikke på "Pathways" på hovedmenuen bar.
  2. Find vej til at blive hentet (i dette tilfælde, TCA cyklus) og klik på knappen "Show".
  3. Klik på den lilla knap med den ønskede PathWhiz ID ved siden af ​​"Vis i Viewer" etiket (der kan være mere end én ID).
  4. Klik på "Downloads" fanen i indholdsoversigten.
  5. Klik på hyperlinks for at hente vejen i forskellige filformater.

Representative Results

Webserveren vigtigste pathway generation værktøj er beskrevet i dette manuskript er vist i figur 1 og figur 2. Menu muligheder som hver fane vises også. Figur 3 og 4 giver et sæt screenshots af vejen skabelsesprocessen. Figur 5 indeholder en række screenshots af skabelsen reaktion processen. Figur 6 viser den online vej viewer og dens menu.

PathWhiz kan anvendes til at generere veje med forskellige indholdstyper og stilarter. Disse omfatter "traditionelle" metaboliske veje (figur 7), sygdom og narkotika veje viser bivirkninger (Figur 8) og narkotika reaktioner (figur 9), samt protein signalveje (figur 10). Veje kan farvestrålende med betydelig biologisk detaljer eller de kan omdannes til enkel sort og hvid repræsentationer (figur 11). Når afsluttet, kan disse veje ses i den interaktive vej viewer (figur 6), downloades som billeder eller eksporteres i flere forskellige maskinlæsbare dataudvekslingsformater til yderligere analyse. Bemærk, at kvaliteten af ​​de forskellige dataudvekslingsformater afhænger af kvaliteten af ​​data indtastet, da den oprindeligt tegne vejen. For eksempel vil tilføje mere reaktion detalje (dvs. støkiometri, biologiske tilstande) producere mere omfattende BioPAX. På den anden side, veje tegnet med overlappende elementer (for visuelle årsager, såsom at vise bundne elementer eller proteinkomplekser) kan også producere overlappende glyffer i SBGN-ML.

figur 1
Figur 1: Pathway Editor Interface. Redaktøren Interface er komposed af 3 hovedafsnit: en top hovedmenu bar, en sekundær menu og en inddelte lærred. Den øverste hovedmenu bar (lilla) indeholder links til at få vist, redigere og oprette pathway elementer. Den lavere sekundær menu bar (grå) indeholder links til at tilføje og redigere visuelle pathway elementer i den aktuelle vej diagram, såsom reaktioner, interaktioner, transportprocesser, sub-veje, forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, samt membraner, cellulære / subcellulære billeder, zoom kasser, og etiketter. Denne menu indeholder også to faner, der tillader redigering af udvalgte elementer eller redigering af lærredet. Det inddelte hvidt lærred under menulinjer er hvor reaktionsveje og processer vil blive tilføjet. Zoom-boksen fungerer som et visuelt stikord til at angive forstørrelsen af ​​et udvalgt område i et billede. Den består af en lille firkant, der er forbundet til en re-betragtelig firkant. Den lille firkant er placeret på det område, der skal udvides eller zoomet, mens firsidede fungerer som et lærred, hvor man kan tilføje the reaktioner, der sker i det valgte område (ved den mindre firkant). Rediger zoom boksen ved at dobbeltklikke på den for at få adgang til dens sidebar. Redigering muligheder omfatter drop down lister for skabelon, farve, og z-index. Det gør orientering af zoom boksen kan ændres ved at vælge top, højre, venstre eller nederst i fanen skabelonen. Når zoom er markeret, kan de sorte cirkler trækkes for at ændre størrelsen og omformatere de forskellige zoom box komponenter. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2: Pathway Editor Menuer. Redaktøren menuer giver muligheder for at tilføje processer og elementer, samt at redigere de eksisterende elementer og lærredet. (A) "Pathway" link giver muligheder for at "Rediger Detaljer" og "Export og View". Den "Rediger Detaljer" valgmulighed tillader redigering af vejen beskrivelse og referencer mens "Export og View" valgmulighed tillader generation eller regenerering af billedfiler. (B) "Tilføj Process" linket giver muligheder for at tilføje en reaktion, interaktion, bindende begivenhed, transport begivenhed, reaktion koblede transport, eller sub-vej til lærredet. (C) "Tilføj indholdsløse Element" link giver muligheder for tilsætning af en forbindelse, et protein, en nukleinsyre, et element samling eller en kant til lærredet. Disse elementer vil dukke op i øverste venstre hjørne af lærredet. Et vilkårligt element vises i lærredet ved siden af ​​pop-up sidebar, hvor brugeren kan søge efter den ønskede element eller ændre detaljerne for elementet. Elementet bør inkorporeres i vejen, før du tilføjer nye indholdsløse elementer, for at opretholde sti pænheden._upload / 54869 / 54869fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3: Pathway indeksformular. Den vej indeks tilbyder en samling af de eksisterende veje og et søgefelt til at søge efter bestemte veje. Veje kan filtreres efter navn, type, art, og skaberen ved hjælp af filteret bar på toppen af ​​indekset bordet. De kan også søges efter navn ved hjælp af søgelinjen øverst på siden. Åbning af "Avanceret søgning" giver mere specifikke søgninger af kombinationer af biologiske tilstand, type, art, sammensatte, og protein. Den avancerede søgning giver mulighed for brug af AND, OR, og NOT logiske operatorer til at skabe komplekse forespørgsler. Hver vej indeholder 5 knapper: "Show", "Rediger", "Uafgjort", "Ødelæg" og "Repliker". Knappen "Show"tillader visning af vejen ved hjælp af Viewer. Den "Rediger" -knappen tillader redigering af vejen metadata, herunder navn, type, art, beskrivelse og reference. Den "Uafgjort" knappen tillader redigering af lærredet indeholder vejen. Den "Ødelæg" knappen tillader fjernelse af vejen fra databasen (hvis brugeren har tilladelse). Den "Repliker" knappen tillader replikation af den valgte vej. De "Tidligere" og "Næste" knapper tillader brugeren at navigere mellem sider af veje. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4: Opret ny Pathway Form. "Ny Pathway" knappen (se figur 3) fører til vejen viste form her. Denne formular indeholderfelter for vejen navn, type, art og beskrivelse. "Ny Pathway" -knappen giver også en til at starte fra en eksisterende sti og tilføje referencer. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5: Opret ny Reaction Form. "Tilføj Process" link giver brugerne mulighed for at tilføje en ny proces, såsom en reaktion eller bindende begivenhed. Tilføjelse af en proces skaber en reaktion model, hvorfra reaktion visualiseringer kan genereres og lægges til pathway diagrammer. Reaktionen model og visualisering er selvstændige enheder. (A) omsætningen felt tillader søgningen efter en eksisterende reaktion ved reaktant, produkt eller enzym. De biologiske statslige felt tillader søger og vælge en eksisterende Biológical tilstand. Når en reaktion er valgt, kan de tilsvarende enzymer tilføjes med knappen "Tilføj Enzyme", som vil bringe op et enzym autocomplete boks. De gør muligheder tillader brugeren at vælge den retning, de ønsker at reaktionen skal gøres. En ny reaktion kan skabes gennem (b) "Ny Reaction" knappen, hvilket fører til en ny tilbagemeldingsformularen hvor der kan tilsættes elementer og enzymer. Når alle felter er udfyldt, kan reaktionen blive skabt gennem "Opret Reaktion" knappen. For at redigere den underliggende reaktion model bør man forlade vejen illustrator, gå til reaktionen indekset, og finde og redigere reaktionen der. For at forhindre datauoverensstemmelser og utilsigtet ændring af eksisterende veje, er det ikke muligt at ændre reaktanter / produkter eller fjerne enzymer fra en reaktion model, hvis den allerede har visualiseringer i eksisterende veje. Således redigering reaktionen modellen ikke automatisk opdatere eksisterende reaktionvisualiseringer. For at ændre en reaktion model man skal re-tilføje den tilsvarende visualisering til vejen diagrammet for ændringer vises. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 6
Figur 6: Pathway Viewer. De øverste højre seer-interface knapper give grundlæggende navigation, zoom, og skærmen skifte handlinger. Den centrale viewport viser vejen, der kan navigeres ved at klikke og trække, eller zoome ved hjælp af en mus. Den vej elementer vises, hyperlinks til andre veje og databaser (f.eks HMDB, DrugBank, UniProt). Den side menubjælke viser en beskrivelse af vejen med henvisninger leveret af brugeren. Den side Menuen viser også faneblade "Highlight", "Analyser", "Gørwnloads "og" Indstillinger ". Den" Fremhæv "fane giver forbindelser og enzymer, der skal vælges, og fremhævet med rødt. Den" Analyser "fane kan eksperimentelle koncentration data, der skal indtastes, som derefter mappet til sti ved hjælp af en farve gradient. Den "Downloads" fanen giver links til de tilsvarende downloades billedfiler og data udveksle filer. Den PNG-fil er en mindre ikke-vektor billedfil. SVG + BioPAX links giver større vektor billedfiler med indlejret BioPAX, for maskine-læsbarhed. de BioPAX, SBML, SBGN, og PWML links giver forskellige maskinlæsbare formater. fanen "Indstillinger" giver mulighed for visuel tilpasning af det viste sti billedet. klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 7
Figur 7: Metabolic Pathway billede. Dette er et eksempel på en "traditionel" metabolisk vej, der beskriver biosyntesen og nedbrydning af en særlig forbindelse (D-serin). Den vigtigste metabolit er placeret i centrum af bunden og reaktions- og transport pilene (kanter) viser strømmen af ​​vejen. Kanter og elementer kan automatisk blive "knækkede" sammen, dvs tilsluttet. Element snap punkter angives med gennemsigtige røde cirkler på elementet sider, og kant start / slutpunkter er repræsenteret ved gennemsigtige grå cirkler på kant ender. Snap punkter slå en gennemsigtig grøn, når svævede over, og en solid grønt, når valgt. For at fastgøre en kant til et element, skal du først klikke på enten kanten start / slut eller elementet snap punkt (det vil slå fast grøn). Klik derefter på kanten start / slut eller elementet snap punkt, der skal tilsluttes. Kanten vil automatisk forbinde sig til snap punkt, og forblive tilsluttet until det er fjernet (ved at dobbeltklikke på kanten og trække slutpunktet væk, eller at tilslutte den til en anden snap punkt). Det er vigtigt at være opmærksom på ved et uheld at vælge snap punkter, da dette kan have utilsigtede konsekvenser, når de forsøger at flytte kanter rundt. Det faste grønne farve af udvalgte snap punkter er beregnet til at advare brugeren om at snap point, de har valgt i øjeblikket. Snap punkter kan fravælges ved at klikke på dem en anden gang. Kanter kan også tilsluttes igen til deres oprindelige elementer. Når en kant er valgt, besøger "Rediger Selected" menuen linket og derefter på linket "Rediger Edge". Dette vil bringe op muligheder for automatisk at oprette forbindelse kanten i forskellige retninger. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 8 <br /> Figur 8: Sygdom Pathway billede. Dette er et eksempel på en sygdom, vej, der viser de ramt af sygdommen (Sarcosin Oncometabolite vejen) organer. Ekstra billede elementer bruges til at skildre stigningen eller faldet i metabolitkoncentrationer og deres ophobning eller bortledning. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 9
Figur 9: Drug Pathway billede. Dette er et eksempel på et lægemiddel vej, der viser de organer, hvor lægemidlet metaboliseres (Ibuprofen vejen). Farven omkring lægemiddelmetabolit sædvanligvis afbildet som pink. Klik her for at se en større version af dette tal.


Figur 10: Protein signaleringsvej Image. Dette er et eksempel på en signalvej, der viser en samling af signalering reaktioner mellem forskellige proteiner (EGFR vejen). Proteiner kan være afbildet med flere farver, og de kan være repræsenteret enten ved navn proteinet eller underenheden navn. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 11
Figur 11: Farverige vs Simple Pathway Images. Farverige veje kan genereres med rig biologisk sammenhæng enten en hvid eller blå baggrund (a). Folat stofskifte er afbildet her. Enkel, Kegg-lignende veje kan også være generated hjælp af en simpel sort og hvid repræsentation (b). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 12
Figur 12 suboptimal Pathway billede. Et billede skildrer, hvad en suboptimal vejen (TCA Cycle) ser ud. Overlappende elementer og krydser kanter gør vejen uforståelig. Dette kan ske, hvis reaktionen elementer er ikke omhyggeligt eller korrekt manipuleret på lærredet. Manipulering de elementer, der har mere end to forskellige skabelon typer for forbindelserne (Large, Medium, Small Forbindelse Visualisering eller Drug Visualisering, cofaktor visualisering, Simple Bottom, Venstre Højre eller Top Visualisering) fører til flere billedfiler uoverensstemmelser. Template typer er vist i trin 1.15.2. Ikke forbinder the kanter påvirker strømmen af ​​billedet fører til dårlig fortolkninger af reaktionsvejen. Klik her for at se en større version af dette tal.

PathWhiz VANTED PathVisio pathway Værktøj VisANT
Web Server Ja Ingen Ingen Ingen Ingen
installerbar Program Ingen Ja Ja Ja Ja
Protein Veje Ja Ja Ja Ingen Ja
metaboliske veje Ja Ja Ja Ja Ja
Gem som PNG / JPG Ja Ja Ja Ingen Ingen
Gem som HTML Ja Ingen Ingen Ja Ingen
Gem som SVG Ja Ja Ja Ingen Ja
Gem som PDF Ja Ja Ja Ja Ja
Gem som BioPAX Ja Ja Ja Ja Ja
Gem som SBML Ja Ja Ja Ja Ja
Gem som SBGN-ML Ja Ja Ja Ingen Ingen
Identifier Mapping Ja Ja Ja Ja Ja
Membrane rendering Ja Ingen Ingen Ingen Ingen
organel rendering Ja Ingen Ingen Ingen Ingen
organ rendering Ja Ingen Ingen Ingen Ingen
Color Rich billeder Ja Ingen Ingen Ingen Ingen
pathway Beskrivelse Ja Ingen Ingen Ja Ingen
Pathway DB Link Ja Ingen Ja Ja Ingen
pathway inferens Ja Ingen Ingen Ja Ingen
Eksp. data-overlay Ingen Ja Ingen Ja Ja
pathway Analysis Ingen Ja Ja Ja

Tabel 1: Feature sammenligning. En funktion sammenligning af flere fælles pathway redigering / rendering værktøjer.

Supplerende Fil 1: Eksempel på TCA Cyklus Beskrivelse for PathWhiz Pathway. Klik her for at downloade den supplerende fil.

Discussion

Den her beskrevne for at skabe en enkel metabolisk vej (TCA cyklus) protokol kan tilpasses til at skabe en bred vifte af maskinlæsbare, biologisk komplekse veje for alle arter. Desuden er denne protokol beskriver også, hvordan man kan kopiere eller udbrede eksisterende veje oprettet af andre brugere. Konstruktion af en vej ved hjælp af dette værktøj kræver gentagne trin-for-trin tilgang af reaktioner, interaktioner, transportprocesser, og sub-veje, som hver er forbundet med overlappende elementer. Sætte alle disse sammen tillader en at skabe farverige, visuelt tiltalende pathway diagrammer, der giver betydelig biologisk detaljer og nyttige biologisk sammenhæng. De i denne protokol er relativt enkel, og den tid det tager at bygge en sti diagram afhænger af størrelsen og kompleksiteten af ​​vejen. Med lidt øvelse, kan de fleste individer gengive en høj kvalitet vej diagram består af omkring 15-20 reaktioner eller processer end flere cellulære komponenter i ca 15 min. En helt ny bruger kan tage op til 30-40 min for at generere en sti af tilsvarende størrelse og kompleksitet. Den nødvendig for at generere en pathway tid er omtrent proportionalt med antallet af reaktioner / processer, der skal gengives.

Oprettelse af en høj kvalitet vej gennem denne web-baseret værktøj afhænger af kvaliteten og detaljeringsgraden af ​​kildematerialet (veje fra bøger, online-databaser, eksperimentelle data, håndtegnede skitser) og kræsenhed af vejen "kunstner". Dem, der ønsker at generere højere kvalitet pathway diagrammer bør være særlig opmærksom på afsnit 1.11, 1.15 og 1.20 i protokollen, da disse afsnit beskrives oprettelse og redigering af reaktions- elementer (reaktanter / produkter, enzymer, kanter, billeder, zoom kasser, etiketter, og membraner). De bedste pathway diagrammer vil intelligent samle oplysninger fra så mange eksisterende fremstillinger af vejen som muligt, herunder dem, der findes i Books, plakater, aviser og online databaser. En anden nøgle til at generere høj kvalitet veje er omhyggeligt kontrollere rigtigheden af ​​de reaktioner, inden du opretter en reaktion (gennem § 1.11 i protokollen). At tage sig tid og kræfter på at sikre de reaktanter, produkter og enzymer involveret (hvoraf mange allerede findes i PathWhiz store database) er korrekt for hver art er meget vigtigt. Det er også vigtigt at være opmærksom på den cellulære placering af reaktionerne og omfatter centrale cellulære eller subcellulære komponenter for at tilvejebringe den korrekte biologiske sammenhæng. Dette kan gøres ved at kontrollere og underbygger reaktionen via online databaser, såsom UniProt. Under alle de nødvendige oplysninger ved hånden, sammen med en rå, håndtegnet skitse af vejen, der skal oprettes i høj grad vil reducere fejl og den samlede tid brugt på tegning eller rendering.

Som det kunne forventes, vil større og mere komplekse veje tage længere tid at gengive, particmæssigt, hvis de ønskede elementer og processer ikke allerede er i PathWhiz database. Når man arbejder med større veje, er det normalt klogt at skifte fra Autosave tilstand til Manuel save mode, for at forhindre en lang forsinkelse mellem handlinger. Når replikerende en vej, den tid brugeren kan vente på vejen til at blive genereret, afhænger af antallet af elementer i reaktionsvejen. De fleste veje kan replikeres i omkring 1-2 min. Når formerings en vej, vellykket præstationen af nyligt opformeret pathway afhænger af, hvor ens de to arter er, som PathWhiz bruger BLAST 17 sekvens søger at finde homologe enzymer mellem arter. Større veje vil være langsommere til at udbrede fordi BLAST vil skulle køre på et større antal enzymer. Forsøg på at udbrede veje mellem betydeligt uens arter (sige mellem gær og mennesker) vil resultere i veje blev afsagt med en række ukendte proteiner. Disse "fjernt" propagated veje vil normalt kræve yderligere manuel redigering. På grund af den meget visuelle natur pathway diagrammer og detalje, der kan bringes til en vej, er det altid en god idé at arbejde på en computer med en rimelig stor skærm (> 20 inches eller> 50 cm) og en god internetforbindelse (> 5 Mbps).

Hvis der opstår problemer med rendering eller skærm forfriskende, kan brugeren nødt til at gøre en lille mængde af fejlfinding. Hvis en stor, kompleks vej tager for lang tid at opdatere, kan brugeren nødt til at opdatere siden. Hvis en vej ikke forplanter sig som forventet, kan brugeren nødt til at gøre nogle manuel redigering for at sikre, at alle elementer er vist korrekt. Også, som et mere specifikt eksempel, hvis dele af en reaktion ikke vises, kan brugeren nødt til at sørge for, at alle elementer eller enzymer er korrekt valgt og kanterne er ikke skjult. Den "Hjælp" linket på de vigtigste header kan være nyttigt, hvis der opstår et problem. En tutorial ertilgængelig under "Tutorial" fanen og en brugsanvisning er tilgængelig under fanen "Brugervejledninger". Begge forklare mange af værktøjets funktioner i detaljer. Brugervejledningen kan bruges til fejlfinding eller forklare potentielle begrænsninger for en bestemt funktion, som når en bruger låser en vej og senere ønsker at redigere den.

Som fremhævet gennem denne protokol og gennem eksempler i de medfølgende figurer, dette værktøj tilbyder en række unikke funktioner ikke findes i nogen (eller de fleste) andre pathway tegneværktøjer (se tabel 1). Det første er det fuldt web-baseret og helt platform-uafhængig. For det andet understøtter rendering og facile generation af flerfarvede, biologisk komplekse, visuelt tiltalende, fuldt hyperlinks pathway diagrammer, der også kan konverteres til maskinlæsbare formater (BioPAX, SBGN-ML 18, SBML 19, PWML 14). Tredje, pathway diagrammer slægterted af dette værktøj kan gennemses, søges, udvalgt og let udforskes gennem en nem-at-bruge online-database og visning interface. For det fjerde er det web-værktøj designet til at understøtte fællesskabet pathway bidrag, der giver mulighed for "sti crowdsourcing", der fremmer deling og generering af nye veje og nye pathway elementer.

Pathways genereres af denne webbaseret værktøj kan anvendes til en lang række applikationer. Rigt detaljerede, fuldt hyperlink veje let kan integreres i organisme-specifikke databaser for proteomics, metabolomics eller systemer biologi applikationer. Internet-tilgængelige veje er især nyttige for uddannelsesøjemed, da detaljerne tilgængelige via web-baserede billeder er ofte meget større end hvad der kan vises via et statisk billede eller gennem en enkelt lærebog eller et tidsskrift side. Dette webbaserede værktøj understøtter også generering af pathway repræsentationer, der er mere velegnet til udskrivning og offentliggørelse.Som følge heraf er mange billeder, der genereres af denne web-baseret værktøj vises i papirer, plakater og diaspræsentationer. Eksport af veje i tekstbaserede dataudveksling filformater (såsom BioPAX og SBML) giver mulighed for veje genereret ved hjælp af denne web-server, der skal bruges direkte i datamatisk analyse for systembiologi eller metabolisk modelbygning. Plantemateriale veje mellem arter tillader slutninger, der skal foretages om biologiske processer, især blandt de arter, der er blevet meget nylig sekventeret. Selv om ikke alle eksisterende veje i øjeblikket findes i PathWhiz, at dyrke sin offentlige sti database fortsætter, hvilket fører til fremkomsten af ​​nye, crowd oprindelse pathway samlinger. Disse samlinger vil ikke kun være let udvides til nye arter, vil forhåbentlig føre til en dybere forståelse af deres unikke biologi og biokemi.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Forfatterne vil gerne takke den canadiske Institutes of Health Research (CIHR) og genom Alberta, en division af Genome Canada, om økonomisk støtte.

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)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Michal, G. On representation of metabolic pathways. Biosystems. 47, (1-2), 1-7 (1998).
  2. Kanehisa, M., Sato, Y., Kawashima, M., Furumichi, M., Tanabe, M. KEGG as a reference resource for gene and protein annotation. Nucleic Acids Res. 44, (D1), D457-D462 (2016).
  3. Karp, P., Riley, M., Paley, S. The MetaCyc Database. Nucleic Acids Res. 30, (1), 59-61 (2002).
  4. Kelder, T., et al. WikiPathways: building research communities on biological pathways. Nucleic Acids Res. 40, (Database issue), D1301-D1307 (2011).
  5. Croft, D., et al. The Reactome pathway knowledgebase). Nucleic Acids Res. 42, (Database issue), D472-D477 (2014).
  6. Karp, P. D., et al. Pathway Tools version 13.0: integrated software for pathway/genome informatics and systems biology. Brief Bioinform. 11, (1), 40-79 (2010).
  7. Van Iersel, M. P., et al. Presenting and exploring biological pathways with PathVisio. BMC Bioinformatics. 9, 399 (2008).
  8. Demir, E., et al. The BioPAX community standard for pathway data sharing. Nat. Biotechnol. 28, (9), 935-942 (2010).
  9. Shannon, P., et al. Cytoscape: A Software Environment for Integrated Models of Biomolecular Interaction Networks. Genome Res. 13, (11), 2498-2504 (2003).
  10. Salomonis, N., et al. GenMAPP 2: new features and resources for pathway analysis. BMC Bioinformatics. 8, 217 (2007).
  11. Elliott, B., et al. PathCase: pathways database system. Bioinformatics. 24, (21), 2526-2533 (2008).
  12. Hu, Z., et al. VisANT 3.0: new modules for pathway visualization, editing, prediction and construction. Nucleic Acids Res. 35, (Web Server), W625-W632 (2007).
  13. Jewison, T., et al. SMPDB 2.0: Big Improvements to the Small Molecule Pathway Database. Nucleic Acids Res. 42, (D1), D478-D484 (2013).
  14. Pon, A., et al. Pathways with PathWhiz. Nucleic Acids Res. 43, (W1), W552-W559 (2015).
  15. Sajed, T., et al. ECMDB 2.0: A richer resource for understanding the biochemistry of E. coli. Nucleic Acids Res. 44, (D1), D495-D501 (2015).
  16. Wishart, D., Mandal, R., Stanislaus, A., Ramirez-Gaona, M. Cancer Metabolomics and the Human Metabolome Database. Metabolites. 6, (1), 10 (2016).
  17. Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W., Lipman, D. J. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 215, (3), 403-410 (1990).
  18. Le Novere, N., et al. The Systems Biology Graphical Notation. Nat. Biotechnol. 27, (8), 735-741 (2009).
  19. Hucka, M., et al. The systems biology markup language (SBML): a medium for representation and exchange of biochemical network models. Bioinformatics. 19, (4), 524-531 (2003).
En Web værktøj til at generere høj kvalitet maskinlæsbare biologiske veje
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter