Login processing...

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

Biology

En Web verktøy for å generere høy kvalitet maskinlesbare Biologiske Pathways

doi: 10.3791/54869 Published: February 8, 2017

Summary

PathWhiz er en omfattende, online pathway tegneverktøy for å generere biokjemiske og biologiske veier. Den bruker offentlig tilgjengelige databaser og lett utvides paletter bestående av pre-tegnet sti komponenter. Denne protokollen beskriver hvordan du enkelt kan bygge nye veier, gjenskape og redigere eksisterende trasé, og forplante tidligere trukket trasé til forskjellige organismer.

Abstract

PathWhiz er en web-server bygget til rette for etablering av fargerike, interaktive, visuelt behagelig sti diagrammer som er rike på biologisk informasjon. Trasé som genereres av denne elektroniske søknaden er maskinlesbar og fullt kompatibel med vesentlig alle nettlesere og operativsystemer. Den bruker en spesialutviklet, web-aktivert veien tegning grensesnitt som tillater valg og plassering av ulike kombinasjoner av pre-tegnet biologiske eller biokjemiske enheter for å skildre reaksjoner, interaksjoner, transportprosesser og bindende hendelser. Denne palett av enheter som består av kjemiske forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, cellemembraner, subcellulære strukturer, vev og organer. Alle de visuelle elementene i det kan interaktivt justeres og tilpasses. Videre, fordi dette verktøyet er en web-server, alle veier og sti elementer er offentlig tilgjengelig. Denne typen bane "crowdsourcing" betyr at PathWhizallerede inneholder en stor og raskt voksende samling av tidligere trukne stier og sti elementer. Her beskriver vi en protokoll for rask og enkel etablering av nye stier og endring av eksisterende veier. For ytterligere å lette veien redigering og oppretting, inneholder verktøyet replikering og forplantning funksjoner. Replikering funksjonen kan eksisterende trasé som skal brukes som maler for å opprette eller redigere nye veier. Utbredelsen funksjonen gjør det mulig å ta en eksisterende sti og automatisk forplante det på tvers av ulike arter. Pathways opprettet med dette verktøyet kan være "re-stylet" i ulike formater (KEGG lignende eller tekst-bok lignende), farget med ulik bakgrunn, eksporteres til BioPAX, SBGN-ML, SBML, eller PWML data utvekslingsformater, og ned som PNG eller SVG-bilder. Trasé kan lett bli innarbeidet i online databaser, integrert i presentasjoner, plakater eller publikasjoner, eller brukes kun for online visualisering og utforskning. dette protocol har blitt brukt til å generere over 2000 pathway diagrammer, som nå finnes i mange online databaser inkludert HMDB, DrugBank, SMPDB, og ECMDB.

Introduction

Biologiske spredningsveier diagrammer er som skissene for livet forskere. De er kanskje de mest konsise og informative ruter for skildrer biologiske prosesser og de kontekstuelle sammenhenger mellom gener, proteiner og metabolitter. Dette er fordi bildene er mye mer effektivt behandlet og ofte mye lettere forstås av mennesker enn tekst 1. Kvaliteten, detaljer og innhold av hovedbane diagrammer kan variere betydelig. Disse forskjellene ofte avhenge av det tiltenkte formålet med sti og ferdigheter av veien artist. Pathways opprettet for pedagogiske formål, for eksempel plansjer eller lærebøker er ofte laget av profesjonelle kunstnere. Som et resultat av disse spredningsveier diagrammene er mye mer visuelt behagelig og gir betydelig mer biologisk detalj med full fremstillinger av metabolitt strukturer, subcellulære komponenter, cellestrukturer, vev og organer. Disse "lærebok" representasjoner inneholder ofte detaljerte notater ogkommentarer. På den annen side, pathway diagrammer utformet for internettapplikasjoner må ofte ofre artisteri og visuelle rikdommen i favør av forenklede maskinlesbar "ledningsnett" diagrammer. Disse ramme svømme diagrammer er lettere bilde kartlagt og hyperkobling. Forenklet pathway diagrammer er grunnlaget for slike populære online pathway databaser som KEGG 2, MetaCyc 3, Wikipathways 4, og Reactome 5. Fremveksten av data kompatibel pathway databaser har også ført til utseendet av data kompatibel sti tegneverktøy. Med andre ord, en trenger ikke å være en profesjonell kunstner eller en profesjonell programmerer for å generere brukbar sti diagrammer. For eksempel, BioCyc er Pathway verktøy 6 og Wikipathway er PathVisio programvare syv tillate brukere å fritt generere og dele maskinlesbare trasé i BioPAX 8 and / eller HTML-format. I tillegg finnes det en rekke andre frittstående freeware- pakker så vel som kommersielle pakker som støtte for generering av forskjellige maskinlesbar, tråd-ramme reaksjonsveier, slik som Cytoscape 9, GenMAPP 10, PathCase 11, og VisANT 12.

Forenkling av internett pathway diagrammer i stor grad vokste fra de historiske begrensninger som finnes i mange nettlesere og web-baserte rendering verktøy. Imidlertid har betydelige fremskritt innen web-teknologi blitt gjort de siste årene. Dette antydet at det kunne være mulig å generere interaktive, internett-kompatibel pathway diagrammer som er like fargerike, akkurat som estetisk tiltalende og like biologisk komplett som de som finnes i lærebøker. Dette arbeidet førte til utviklingen av PathWhiz. PathWhiz ble gjennomført ved hjelp av en Ruby on Rails (http://rubyonrails.org, versjon 4.2.0) web framework omfatter en MySQL relasjonsdatabase (https://www.mysql.com, versjon 5.1.50) for å administrere alle pathway data, inkludert foretakets relasjoner, eksterne referanser, beskrivelser, visualisering spesifikasjoner og kjemiske strukturer. Front-end web klient er kontrollert av Ruby on Rails kombinert med Backbone.js (http://backbonejs.org, versjon 1.0.0) som front-end web rammeverk for redaktøren.

Opprinnelig utviklet for bevaring av menneske-bare lite molekyl Pathway Database (SMPDB) 13 har PathWhiz 14 siden blitt utvidet til å støtte pathway generasjon for mange andre organismer, og til å fungere som en generell reaksjonsvei bilde og kunnskapsdatabase. Spesielt gjør dette web verktøy for etablering av hele spekteret av biokjemiske / biologiske pathways inkludert metabolske, protein interaksjon, molekylær signalering, fysiologiske, og narkotika / sykdomsforløp. Denne veien tegneverktøy er forskjellig fra de fleste andrepathway genererende verktøy i tre store måter: 1) Det er en web-server i stedet for en frittstående, installeres programvarepakke; 2) den støtter den lettvinte generasjon og interaktiv visualisering av kjemiske forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, cellemembraner, subcellulære strukturer, vev og organer; og 3) det lar brukerne enkelt kan låne, bygge eller forbedre arbeidet til andre brukere, og dermed lar "publikum-hentet" bane generasjon. Som en web-server, den har flere fordeler fremfor nedlastbare, plattformspesifikke programvareverktøy. Spesielt er den kompatibel med alle plattformer, operativsystem og moderne nettleser. Videre betyr det ikke krever at brukeren må registrere deg for å begynne å lage en sti (selv om brukere kan fritt opprette en "privat konto" for å spore og kontrollere tilgjengeligheten av banene de skaper). Kanskje den mest tiltalende trekk ved dette verktøyet er mengden av biologiske og biokjemiske detaljer som enkelt kan legges innnoen vei gjennom en palett av pre-rendret bilder og en omfattende database med protein og biokjemiske data. Dette gjør at både "ikke-kunstnere" og "ikke-programmerere" for enkelt å lage fargerike, estetisk tiltalende og rikt detaljerte veier som er web-kompatibel og fullt maskinlesbare. En mer detaljert sammenligning mellom PathWhiz og andre veien tegneverktøy er gitt i tabell 1.

En rekke populære life science databasene har allerede brukt denne veien tegneverktøy for å lage databasespesifikke, online, interaktive pathway diagrammer. For eksempel Escherichia coli metabolomet Database (ECMDB) 15 nylig oppdatert sin vei bibliotek med mer enn 1650 trasé tegnet ved hjelp av web-basert verktøy. Hver vei i ECMDB vises nå som et rikt farget, fullt hyperbildekart med detaljerte metabolitt og protein struktur skildringer, samt en forenklet svart og hvitt KEGG-like ledning diagram. Denne store pathway oppdatering førte til oppdagelsen av mange mellomliggende metabolitter som ikke hadde vært tidligere inkludert i andre Escherichia coli metabolske databaser. Andre databaser, for eksempel Human metabolomet Database (HMDB) 15, ikke bare stole på PathWhiz trasé for å skildre og beskrive metabolske og signalveier, men også for å skildre de metabolske forandringer som er involvert i sykdommer som kreft. HMDB omfatter i dag 101 metabolske veier, 376 narkotika handling trasé, 233 sykdomsassosierte trasé og 16 signalveier, alle generert gjennom denne web-verktøyet.

Følgende protokoll beskriver i detalj hvordan PathWhiz kan brukes til å enkelt opprette, kopiere og spre biokjemiske mekanismer for en rekke formål og bruksområder.

Protocol

1. Pathway Generation

  1. Gå til http://smpdb.ca/pathwhiz bruke noen moderne nettleser.
  2. Fra menylinjen velger du enten "Try Me!" å bruke verktøyet som gjest (trasé tegnet vil være offentlig), "Sign Up" for å registrere en konto (trasé tegnet vil bare redigeres av brukeren), eller "Logg inn" for å bruke en eksisterende konto. For å registrere en konto, gå til trinn 1.2.1, ellers går du til trinn 1.3.
    1. For å registrere en konto, fylle ut skjemaet med en e-post, navn, tilhørighet, by, land, og åtte tegn minimum med passordet bekreftelse, deretter "Registrer deg".
  3. Hvis ikke automatisk omdirigert til veien indeksen, velg "Tegn" i menylinjen. Denne indeksen siden vil vise en tabell over eksisterende trasé. Klikk på "Ny Pathway" -knappen for å starte en ny sti.
  4. Skriv inn navnet på veien til å bli trukket (f.eks TCA syklus).
  5. Velg type av veien for å trekke fra rullegardinlisten (f.eks sykdom / Legemiddel / Metabolsk / Signa / fysiologisk). Det er mulig å generere kjemiske reaksjonsveier, så vel som proteinsignalisering, DNA / RNA-reaksjonsveier, eller protein-protein interaksjon veier.
  6. Søk og velge en art ved å skrive det vitenskapelige navnet på organismen i autofullfør-boksen (f.eks, type Escherichia coli). Hvis navnet på organismen ikke finnes i nedtrekkslisten, klikk på "Ny" knappen og følger trinnene 1.6.1 til 1.6.5 for å legge til en ny organisme, ellers går du til trinn 1.7.
    1. Skriv inn det vitenskapelige navnet av artene (f.eks Gorilla gorilla) og det vanlige navnet (f.eks Gorilla).
    2. Velg klassifiseringen av artene fra rullegardinlisten som eukaryote eller prokaryote og angi taksonomi ID fra NCBI taksonomi (f.eks 9593).
    3. Klikk på "Create Species" -knappen.
  7. Skriv inn et FORSTÅELSEtende beskrivelse for veien. Se Utfyllende Fil 1 for et eksempel på en beskrivelse. Jo mer fullstendig beskrivelse, jo lettere er det å søke og finne veien, og jo mer populære veien vil være blant brukerne.
  8. Legg eksterne referanser til gangstien ved å klikke på "Add Reference" knappen og følger trinnene 1.8.1 til 1.8.2, ellers går du til trinn 1.9.
    1. Skriv inn PubMed ID (som automatisk vil generere sitat tekst) eller legge til henvisningen tekst manuelt (og la PubMed ID-feltet tomt) (f.eks PMC545700, eller Kang Y, et al. Genome-Wide Expression analyse indikerer at FNR av Escherichia coli K-12 Regulerer et stort antall gener av ukjent funksjon J. bakteriologi 187 (3):.. 1135-1160 doi:. 10,1128 / JB.187.3.1135-1160 2005).
    2. Gjenta denne prosessen til alle ønskede referanser har blitt lagt til.
      MERK: I de fleste tilfeller er det bare en eller to referanser nødvendig. Men flere meta-data en can legge til, jo mer populær sti være.
  9. Klikk på "Create Pathway" -knappen. En hvit gitter lerret vises med en grå menylinjen. Det er der på tegningen finner sted.
  10. Klikk på "Legg Process" linken og velg "Legg Reaction" for å legge den første prosessen visualisering. For eksempel starte med en reaksjon som viser omdannelsen av oksaloeddiksyre til Sitronsyre, via enzymet citratsyntaseaktivitet.
    MERK: Prosesser er biologiske hendelser eller aktiviteter. Prosesser kan deles inn i fire kategorier: reaksjoner, transport hendelser, interaksjoner og surring hendelser. I dette eksempel ble en reaksjon er vist, men de samme prinsipper gjelder for tilsetning av noen form for prosess.
  11. Søk i eksisterende reaksjoner ved å skrive reagenser, produkter eller enzymer i autofullfør-boksen (f .eks. "Oksaloeddiksyre" eller "acetyl CoA"). Bla gjennom eksisterende reaksjoner for å finne den ønskede reaksjonen, velger du den og gå rett til step 1,12, eller, hvis den ønskede reaksjonen ikke blir funnet, klikker du på "Ny Reaction" -knappen og følg trinn 1.11.1 til 1.11.11 for å legge til en ny reaksjon modell til databasen.
    1. På New Reaction skjemaet, klikk på "Legg Venstre Element" knappen for å legge en reaktant på venstre side av reaksjonen. Reaksjonene er skrevet som reaksjonsligninger med en venstre og en høyre side.
    2. Velg støkiometri og element type (Forbindelse / Protein Complex / Element Collection / Nucleic Acid / Bound Element). Søk etter elementet ved navn i autofullfør-boksen (for eksempel "oksaloeddiksyre"). Velg ønsket element. Gå til trinn 1.11.3 eller, hvis det ønskede elementet ikke blir funnet, klikker du på "Ny" knappen og følg trinn 1.11.2.1.
      1. På den nye element skjemaet, fyll ut feltene på riktig måte og lagre.
    3. Gjenta trinn 1.11.1 og 1.11.2 for hvert element involvert i venstre side av reaksjon (f.eks legge to flere forbindelser, "Acetyl-CoA "og" vann ").
    4. Velg retningen på veien fra rullegardinlisten (for eksempel velge pilen rettet fra venstre til høyre).
      MERK: Arrow representasjoner inkludere Venstre til høyre, høyre til venstre, og reversible.
    5. Med venstre element av reaksjonen nå er ferdig, klikk på "Legg Høyre Element" knappen for å legge et produkt.
    6. Velg støkiometri og elementtypen som i trinn 1.11.2. Søk etter elementet ved navn i autofullfør-boksen (for eksempel "Sitronsyre") og velge ønsket element. Hvis ønsket element ikke blir funnet, klikker du på "Ny" knappen og følg trinn 1.11.2.1.
    7. Gjenta trinn 1.11.5 1.11.6 og for hvert element som er involvert i den høyre side av reaksjon (f.eks legg til "Hydrogen Ion" og "koenzym A").
    8. Etter reaktanter og produkter har blitt generert, klikk på "Legg Enzyme" knappen for å legge til et enzym til reaksjonen.
    9. HavRCH for enzymet ved å skrive navnet sitt i autofullfør-boksen (for eksempel "citratsyntaseaktivitet") og velge ønsket enzymet. Dersom enzymet ikke finnes i databasen, klikk på "Ny" knappen og følger trinnene 1.11.9.1 å 1.11.9.7.
      1. Når du oppretter en ny enzym, bruke Ny Enzyme skjema å fylle ut enzymet navn og arter på de tilsvarende kategoriene (f.eks navn: citratsyntaseaktivitet, Arter: Escherichia coli).
      2. Klikk på "Legg Protein" knappen for å legge til artsspesifikk informasjon (dvs. sekvensen og kvartære struktur informasjon) til dette enzymet.
      3. Fyll ut støkiometri og søk etter protein ved navn (citratsyntaseaktivitet), genet navn (gltA), eller Uniprot ID i autofullfør-boksen. Velg ønsket protein eller, hvis det ønskede proteinet ikke blir funnet, klikker du på "Ny" knappen og følg trinn 1.11.9.3.1.
        1. På New Protein skjemaet, fyll ut feltene riktig, og klikk på4;. Lag Protein "-knappen Obligatoriske felt inkluderer navn og Uniprot ID Resten av feltene er valgfrie..
      4. Bruk "Legg til endringer" og / eller "Add kofaktorer" knappene for å legge til protein modifikasjon eller enzym kofaktorer, om nødvendig. I dette tilfelle heller ikke er nødvendig. Fyll ut feltene på riktig måte.
      5. Klikk på "Legg til biologisk tilstand" knappen for å legge til en subcellulære beliggenhet til enzymet.
      6. Søk etter ønsket biologisk tilstand ved å skrive inn arter, celletype, og / eller subcellulære sted i autofullfør-boksen (for eksempel "Escherichia coli, Cell, cytosol"). Velg ønsket tilstand eller, hvis ønsket tilstand ikke blir funnet, klikker du på "Ny" knappen og gå videre til trinn 1.11.9.6.1.
        1. På New biologisk tilstand skjemaet, fyll ut feltene på riktig måte. Dersom arten, etc., ikke er funnet, bruker du knappen "Ny" som beskrevet ovenfor i trinn 1.6.1 til 1.6.5. Når gjørene, klikker du på "Create Biologisk State" -knappen.
      7. Klikk på "Create Enzyme" -knappen for å lagre enzymet.
    10. Gjenta trinn 1.11.8 til 1.11.9 for å legge til flere enzymer, om nødvendig.
      MERK: En reaksjon kan ha mange forskjellige enzymer assosiert med seg, og enzymene trenger ikke å tilhøre den samme biologiske tilstand eller arter (så lenge reaktantene og produktene er de samme). Når du tegner en reaksjon det er alltid mulig å velge hvilke av assosierte enzymer skal vises.
    11. Klikk på "Create Reaction" -knappen for å lagre den nye reaksjonen.
  12. Angi reaksjonen er subcellulære sted (for denne veien) i biologisk tilstand feltet, hvis kjent.
  13. Velg ønsket for første rende reaksjonen fra rullegardinlistene (venstre til høyre, høyre til venstre, horisontal / vertikal) orientering (f.eks velger Venstre til Høyre og horisontal).
  14. Ved hjelp av en mus eller pekeplaten, klikk og dra for å flytte reaksjons elementene på lerretet som ønsket. Følg fremgangsmåten 1.15.1 1.15.5 til for reposisjonering og redigering av reaksjonselementer (-forbindelser, kanter og / eller enzymer) i den nylig skapte reaksjonen.
    1. Velg ett eller flere elementer (forbindelser, kanter og / eller enzymer) samtidig med enten enkeltklikke hvert element for å legge dem én etter én til gjeldende valg, eller velge alle elementene ved hjelp av markøren til å dra en boks rundt relevante elementer. De valgte elementene vil være farget rød.
      1. Dra de valgte elementene over lerretet for å omplassere dem i ønsket område (vanligvis i midten av lerretet) bruke en mus eller pekeplaten. Angre velg elementer ved å klikke på dem en gang, eller klikke på tomt lerret.
    2. Dobbeltklikk på en kjemisk forbindelse(Det vil bli omgitt av en stiplet grå boks) for å få tilgang til en pop-up sidefeltet som vises på høyre side av skjermen. Bruk denne sidebar å redigere malen, biologisk tilstand, z-indeks og fullstendig reaksjons detaljer.
      1. Velg en type mal fra de tilgjengelige alternativene (Large, Medium eller Small forbindelse Visualisering, Large, Medium eller Small Drug Visualisering, kofaktor Visualisering, Simple Bunn, Venstre Høyre eller Top visualisering). Legg en biologisk tilstand og redigere z-index hvis nødvendig.
        MERK: Det er best å holde den type mal konsekvent gjennom hele veien, bortsett fra å skille mellom sammensatte typer, altså narkotika vs metabolitter.
    3. Dobbeltklikk på et protein / enzym (det vil bli omgitt av en stiplet grå boks) for å få tilgang til en pop-up sidebar (vises på høyre side av skjermen). Bruk denne sidebar å redigere malen, biologisk tilstand, z-indeksen, protein komplekse detaljer, og fullstendig reaksjon detaljer.
      1. Velg en type mal fra de tilgjengelige alternativene (Enzyme Monomer, Dimer eller Tetramer, ingen etikett, Protein Merk eller underenhet Merk, Transporter, Receptor eller Repressor). Legg en biologisk tilstand og redigere z-index hvis nødvendig.
        MERK: Ulike farger er gitt for å skille mellom proteiner; standardfargen er satt til grønt.
    4. Hvis du vil redigere informasjonen for en hel prosess, dobbeltklikker du noen av dets elementer (de vil bli omgitt av en stiplet grå boks) og tilgang til "Edit Selected" i sekundærmenylinjen (grå). To alternativer vises: "Edit <Element>" og "Rediger <Process>".
      NB: "Rediger <Element>" vil henvise brukere til sidepanelet for tilsvarende element. "Edit <Process>" vil avsløre alternativer til "Edit Details", endre retningen hvor prosessen er gjengitt (horisontal / vertikal og venstre / høyre), eller koble kantene (ogsåHorisontal / Vertikal og Venstre / Høyre). Ved å klikke på Rediger detaljer koblingen vil føre til en skjerm der detaljene i reaksjonen og alle dens elementer kan redigeres på en gang, inkludert biologisk stater, maler, og z-indekser. Enzymer kan legges til eller fjernes fra skjermen, og elementer og kanter kan være skjult hvis ønskelig. For eksempel, dobbeltklikk på Hydrogen Ion element, og klikk deretter på "Edit Selected". Plasser markøren over "Edit acetyl-CoA + oksaloeddiksyre + Water → Sitronsyre + Koenzym A + Hydrogen Ion" og velg "Edit Details". Legg en biologisk tilstand for hver forbindelse (Escherichia coli, Cell, cytoplasma). Når dette er gjort, gå til bunnen av siden og klikk på lilla "Update Reaction" -knappen. Kun enzymer som allerede er knyttet til denne reaksjon kan tilsettes til reaksjonsveien på dette stadiet. Dersom nye enzymer trenger å bli tilsatt til reaksjons modellen, tilbake til reaksjonsindeksen (i henhold til "Prosesser" tab), finner den ønskede reaksjon,og legge dem der.
    5. Rediger reaksjons kantene gjennom et enkelt klikk eller et dobbeltklikk.
      1. Velge reaksjonskantene for å manipulere dem på samme måte som forbindelser og proteiner. Klikk og dra på kanten for å flytte hele kanten.
        MERK: start- og sluttpunkt kan også klikket og dratt for å endre kantlengde. Når start / endepunkt for en kant er valgt, kan den tilhørende "knott" justeres for å styre retningen og krumning av start / sluttpunkt. For å legge til ekstra noder til kanten, velg kanten og legg merke til det blå rektangelet som vises. Klikk på øvre halvdel av rektangelet å legge til en node, og klikk på nedre halvdel for å fjerne en node.
      2. Dobbeltklikk på start / endepunkt for en kant å sykle start / sluttpunktet gjennom spiss pil, blokkerer pil, og ingen pil alternativer.
  15. Når den første reaksjonen er tegnet som ønsket ved å velge et produkt av reaksjonen (for eksempel sitronsyre)ved å dobbeltklikke på den (merke endringen i farge til rød) for å legge den neste prosessen på denne reaksjonen produktet (i dette tilfellet sitronsyre til cis -Aconitic Acid via Aconitate Hydratase).
  16. Når den er valgt, klikk på "Legg Process" og klikk på "Legg Reaction" alternativet.
  17. Legg til en annen reaksjon for å TCA syklus (i dette spesielle eksempel) ved å gjenta prosessen for å legge til en reaksjon (trinn 1.11 til 1.15). Etter denne reaksjonen blir bygget av et eksisterende reaksjonsprodukt, bare reaksjoner som inneholder det valgte element kommer frem.
  18. Tilsett de øvrige reaksjoner for TCA-syklus ved å følge fremgangsmåten 01/11 til 01/15 for hver reaksjon.
  19. Når alle reaksjoner har blitt lagt til, legge til visuelle elementer som membraner, DNA, tRNAs, subcellulære organeller, organer, vev, zoom bokser eller etiketter ved å klikke på "Legg til Visual Element" linken og velge en av de "Legg Membrane", "Legg til image "," Legg til zoom Box "eller"; Legg Merk "alternativer Følg trinn 1.20.1 til 1.20.4 for å legge til visuelle elementer..
    1. Klikk på "Legg Membran" for å legge til en cellemembran. Rediger denne membranen ved å dobbeltklikke på den for å få tilgang til sidepanelet. Velg type membran i malen feltet ligger på sidelinjen. Velg "Vedlagt membran" for å gjengi en eske membran.
    2. Klikk på "Legg til bilde" for å legge til et bilde for tiden eksisterende i PathWhiz database (standard bilder inkluderer organer, organeller og vev). Rediger bildet ved å dobbeltklikke på den for å få tilgang til en sidebar. Rediger alternativer er selvforklarende og inkluderer dybde skalering med z-index, skalere opp / trappe ned, og roter venstre / rotere høyre.
    3. Klikk på "Add zoom Box" for å legge til en zoom-boksen til et bestemt bilde.
    4. Klikk på "Legg Label" muligheten til å legge en tekst etikett. Rediger etiketten ved å dobbeltklikke på den for å få tilgang til sidepanelet. Redigeringsvalg inkluderer etikettmalen, tekst ogz-index.
      MERK: "Legg Vacuous Element" linken gir muligheter for å legge til ukjente forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, elementsamlinger, eller kantene til lerretet som ikke er forbundet med noen prosess. Disse elementene vil dukke opp først i øvre venstre hjørne av lerretet. De vises som vilkårlige elementer som kan redigeres i sidepanelet, der brukeren kan velge ønsket element og endre visualisering detaljene sa element. Elementet skal innlemmes i reaksjonsveien før tilsetning av noen nye vakuum elementer for å opprettholde reaksjonsvei orden. Vakuumelementene er kun ment å hjelpe til forståelsen visuelle (det vil si som viser tilstedeværelsen av flere tRNA under transkripsjon) og for ikke å representere integrerte prosesskomponenter. De bør brukes med måte som de vil bare dukke opp i visualisering, og er ikke innarbeidet i maskinlesbare formater (BioPAX, SBML, SBGN, PWML).
  20. Legg en sub-pathway ved å klikke på "Legg Process" linken og velge "Legg til Sub-Pathway" alternativet.
    MERK: Sub-trasé kan også være lenket til eksisterende reaksjoner, på samme måte som vist i trinn 1,16 til 1,18. Tillegg av sub-trasé kan redusere kompleksiteten i store eller komplekse veier. De kan også brukes til å gi ytterligere informasjon om sammenhenger mellom kjente veier.
  21. Søk etter sub-sti navn i autofullfør-boksen. Bare under veier som allerede er definert for denne veien vil vises i autofullfør-boksen, og dermed om dette er en ny sti, vil ingen under trasé vises. Hvis ønsket underbanen ikke eksisterer, klikker du på "Ny under Pathway" -knappen og følg trinnene 1.22.1 til 1.22.3.
    1. Velg under sti type (Sub Pathway / Hemmende Sub Pathway / Aktivering Sub Pathway).
    2. Inn i under veien navn.
    3. Legg transmisjonselementer til sub-veien på samme måte som å legge til reaktanter og produkter til en reaksjon (trinn 1.11.1 til 1.11.3 ovenfor).
      MERK: En sub-Banen bør ha minst en inngangs- eller utgangselement. Dette gjør at den kan kobles til andre prosesser i veien, på samme måte som reaksjonene blir lenket (trinn 1.16 til 1.18 ovenfor).
    4. Klikk på "Opprett Under Pathway" -knappen.
  22. Juster lerret størrelse med en sti diagram ved å klikke på "Annet" linken og velge "Endre Canvas Size" alternativet. For å endre lerretsstørrelse, følger du trinn 1.23.1 til 1.23.3.
    1. Fyll i "New Høyde" -feltet og "Ny Width" -feltet tilsvarende.
    2. Velg ønsket retning mot der lerretet skal øke eller avta i størrelse ved å klikke på den tilsvarende knappen på rutenettet gitt i "anker" -delen.
    3. Klikk på "Oppdater Canvas Size" -knappen.
  23. Alternativt justere lerretet størrelse automatisk. Når reaksjonsveien er fullført, cslikke "Annet" linken og velg "Tilpass lerret til bane" alternativet. Dette vil automatisk trimme lerretet rundt eksisterende sti elementer.
  24. Når veien er ferdig, klikker du på "Pathway" linken og velg "Export and View" alternativet.
  25. Bruk "bakgrunnsfarge for bilder" for å velge enten blå eller hvit som bakgrunnsfarge for bildet.
  26. Velg enten Ja eller Nei for "også generere forenklet versjon?" alternativ. Hvis du velger Ja, en KEGG lignende tråd diagram vil også bli automatisk generert for veien.
  27. Klikk på "Generer bildefiler" -knappen.
    MERK: Dette genererer ulike datautvekslingsformater og bildefiler for veien. Bildene må være re-genereres hver gang veien er oppdatert, og dette kan ta flere minutter.
  28. Når bildet har blitt generert, klikk på "Show i Viewer" knappen for å se en fullstendig hyperkoblet, høy oppløsning banenmåten bildet i nettleseren.
    MERK: "Show i Viewer" knappen vises bare for trasé gang sine bilder har blitt generert. Dette synet inneholder også koblinger for å laste ned veien i ulike datautveksling og bildeformater.

2. Pathway Replication

MERK: Pathway replikering er en rask og enkel vei til å ta en eksisterende sti i PathWhiz bibliotek og kopiere den slik at den kan fungere som en mal for videre redigering eller modifikasjon. For å gjenskape en sti, følg trinn 01.01 til 01.03 for å logge inn, hvis det ikke allerede gjort.

  1. Gå til sti indeksen hvis ikke det allerede ved å klikke på "Pathways" på hovedmenyen. Søk etter ønsket vei til å bli kopiert av å skrive inn navnet i søkefeltet og klikke på "Søk" knappen (for eksempel "TCA Cycle").
  2. Finn veien til å bli replikert (for eksempel "TCA Cycle"), og klikk på den grønne "Repliker", mentonn.
  3. Rediger navnet på veien hvis ønskelig (for eksempel type "TCA syklus Practice". Ikke to veier kan ha samme navn.
  4. Skriv inn en ny eller annen beskrivelse for veien (se trinn 1.7).
  5. For å legge til nye eller andre referanser til sti, klikk på "Add Reference" -knappen og følg trinn 1.8 ovenfor.
  6. Klikk på "Create Pathway" -knappen. En lilla fremgang hjulet vil vises mens veien bygges. Denne prosessen kan ta flere minutter eller mer, avhengig av størrelsen på veien.
  7. Redigere eller legge til ønskede elementer til veien ved hjelp av trinn 01.10 til 01.22.
  8. Følg trinn 01.23 til 01.29 for å fullføre og eksportere veien.

3. Pathway Formering

MERK: Pathway forplantning er en rask og enkel vei til å ta en eksisterende sti i PathWhiz bibliotek for en organisme (f.eks Escherichia coli) og for å skape en lignende vei for en annenorganisme (f.eks Staphylococcus aureus). Denne prosessen innebærer å finne og å erstatte S. aureus-proteiner for E. coli-proteiner, og regenerering av den hele vei med S. aureus-proteiner eller gener. Å forplante en vei start ved å følge trinn 02.01 til 02.02 ovenfor.

  1. Finn veien til spres (i dette tilfellet TCA syklus) og klikk på "Show" -knappen.
  2. Klikk på "forplante" knappen øverst i høyre hjørne.
  3. På forplantning skjemaet, klikk på "Legg Species" -knappen for å identifisere arter som den eksisterende veien vil bli konvertert. Flere arter kan tilsettes, selv om flere arter er, desto lengre konverteringstiden.
  4. Søk etter en eksisterende arter eller legge til en ny art følge trinn 1.6.1 til 1.6.5 ovenfor.
  5. Om ønskelig, kan du endre E-verdien til å bestemme likheten terskelen for å finne protein homologer. Velg Ja eller Nei for de "Anmeldt Proteiner Only"Alternativet (dette indikerer hvilken Uniprot proteiner bør brukes i den genererte reaksjonsveien).
  6. Klikk på "forplante Pathway" -knappen.
  7. Klikk på "OK" -knappen i popup-vinduet.
    MERK: En lilla fremgang hjulet vil vises mens veien er formeringsmateriale. Denne prosessen kan ta flere minutter eller mer, avhengig av størrelsen på reaksjonsveien og antallet av arter i hvilken den første reaksjonsveien blir forplantet.
  8. En annen pop-up vindu vil vises når utbredelsen er fullført. Klikk på "OK" -knappen. Dette vil skape en indeks som viser alle de nye veier som er generert fra denne forplantning.
  9. Fra denne indeksen, sjekk pathway detaljene og klikker på "Draw" -knappen for å vise og redigere hver av de nye veier.
  10. Redigere eller legge til ønskede elementer til veien ved hjelp av trinn 01.10 til 01.22.
  11. Følg trinn 01.23 til 01.29 for å fullføre og eksportere veien.

4. Redigereren eksisterende Pathway

MERK: I noen tilfeller, ny informasjon om et eksisterende vei må legges eller uriktige opplysninger om en vei må korrigeres. Hvis du vil redigere en eksisterende sti, start ved å følge trinn 01.01 til 01.03 for å logge inn.

  1. Gå til sti indeksen hvis ikke det allerede ved å klikke på "Pathways" på hovedmenyen.
  2. Finn veien til redigeres (i dette tilfellet "TCA Cycle"). Hvis bildet skal redigeres klikk "Draw" -knappen, hvis beskrivelse eller referanser som skal redigeres, klikk på "Edit" knappen.
    1. For å redigere bildet, følg trinn 01.10 til 01.29 ovenfor.
    2. Hvis du vil redigere veien beskrivelse eller referanser, følg trinn 01.04 til 01.08, og klikk på "Oppdater Pathway" -knappen når du er ferdig for å lagre endringene.
  3. Regenerere bildet for å oppdatere endringene ved å følge trinn 01.25 til 01.28.

5. Pathway Vise og Downloading

MERK: Dette nettbaserte verktøyet inneholder tusenvis av nøye trukket og redigert trasé som kan sees eller lastes ned for ulike bruksområder. Hvis du vil vise eller laste ned en sti, følg trinn 01.01 til 01.03 for å logge inn.

  1. Gå til veien indeks (hvis ikke det allerede) ved å klikke på "Pathways" på hovedmenyen.
  2. Finn veien til lastes ned (i dette tilfellet, TCA syklus) og klikk på "Show" -knappen.
  3. Klikk på den lilla knappen med ønsket PathWhiz ID ved siden av "Vis i Viewer" label (det kan være mer enn ett ID).
  4. Klikk på "Downloads" fanen i sidepanelet.
  5. Klikk på hyperkoblinger for å laste ned veien i ulike filformater.

Representative Results

Nettjenerens viktigste sti genereringsverktøy er beskrevet i dette manuskriptet er vist i Figur 1 og Figur 2. Menyalternativene som tilbys av hver kategori er også vist. Figurene 3 og 4 gir et sett med skjermbilder av veien prosessen. Figur 5 gir et sett med skjermbilder av reaksjonen prosessen. Figur 6 viser den elektroniske veien seer og sin meny.

PathWhiz kan brukes til å generere veier med forskjellige innholdstyper og stiler. Disse inkluderer "tradisjonelle" metabolske veier (figur 7), sykdom og narkotika trasé viser bivirkninger (figur 8) og narkotika svar (figur 9), samt proteinsignalveier (figur 10). Pathways kan bli rikt farget med betydelig Biolokirurgiske detalj eller de kan omdannes til enkel svart og hvitt representasjoner (figur 11). Etter fullført, kan disse banene sees i den interaktive pathway viewer (figur 6), lastes ned som bilder, eller eksporteres i flere forskjellige maskinlesbare data utvekslingsformater for videre analyse. Legg merke til at kvaliteten på de ulike datautvekslingsformater er avhengig av kvaliteten på data matet inn når opprinnelig tegning veien. For eksempel vil legge mer reaksjon detaljer (dvs. støkiometri, biologiske tilstander) produsere mer omfattende BioPAX. På den annen side veier tegnet med overlappende elementer (for visuelle grunner, for eksempel som viser bundne elementer eller proteinkomplekser) kan også fremoverlappende symboler i SBGN-ML.

Figur 1
Figur 1: Pathway Editor Interface. Redaktøren Interface er composed av 3 hoveddeler: en topp hovedmenyen, en sekundær meny og et rutenett lerret. Den øverste hovedmenyen (lilla) gir lenker for å se, redigere og opprette pathway elementer. Ungdomsmenylinjen (grå) inneholder lenker til å legge til og redigere visuelle pathway elementer i strømbanen diagram, for eksempel reaksjoner, interaksjoner, transportprosesser, under veier, forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, samt membraner, cellular / subcellulære bilder, zoom bokser og etiketter. Denne menyen inneholder også to kategorier som tillater redigering av utvalgte elementer eller redigering av lerretet. Den rutenett hvitt lerret under menylinjer er der reaksjonsveier og prosesser vil bli lagt til. Zoom boksen fungerer som en visuell kø for å angi forstørrelse av et valgt område i et bilde. Det består av en liten firkant som er koblet til en re-betydelig firkant. Den lille plassen er plassert på området som skal utvides eller zoomet, mens firkanten fungerer som et lerret der man kan legge til the reaksjoner som skjer i det valgte området (med mindre firkant). Rediger zoom boksen ved å dobbeltklikke på den for å få tilgang til sidepanelet. Redigeringsmuligheter inkluderer nedtrekksmenyene for mal, farge, og z-index. Den rende orientering av zoom boksen kan endres ved å velge topp, høyre, venstre eller nederst i kategorien malen. Når zoom er merket, kan den svarte sirkler dras å endre størrelsen og formatere forskjellige zoom boks komponenter. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: Pathway Editor menyene. Redaktøren menyer gir muligheter for å legge til prosesser og elementer, samt å redigere eksisterende elementer og lerretet. (A) "Pathway" linken tilbyr alternativer til "Edit Details" og "Eksport og View". "Rediger Detaljer" alternativet tillater redigering av veien beskrivelse og referanser mens "Export and View" alternativet tillater generasjon eller regenerering av bildefilene. (B) linken "Legg Process" gir muligheter for å legge til en reaksjon, samhandling og forpliktende hendelse, transport begivenhet, reaksjon kombinert transport, eller sub-veien til lerretet. (C) "Add Vacuous Element" kobling gir muligheter for å legge til en forbindelse, et protein, en nukleinsyre, et element samling, eller en kant til lerretet. Disse elementene vil dukke opp i øvre venstre hjørne av lerretet. En vilkårlig element vises i lerretet sammen med pop-up sidebar, hvor brukeren kan søke etter ønsket element eller endre detaljene sa element. Elementet skal innlemmes i reaksjonsveien før tilsetning av noen nye evakuerte elementer, for å opprettholde reaksjonsvei orden._upload / 54869 / 54869fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3: Pathway oversiktsskjema. Den veien indeksen tilbyr en samling over eksisterende stier og et søkefelt for å søke etter bestemte veier. Pathways kan filtreres etter navn, type, arter, og skaper ved hjelp av filterlinjen på toppen av indeksen tabellen. De kan også søkes av navn ved hjelp av søkefeltet øverst på siden. Åpne opp "Avansert søk" gir mer spesifikke søk etter kombinasjoner av biologisk tilstand, type, art, sammensatte, og protein. Den avanserte søk tillater bruk av AND, OR og NOT logiske operatører for å lage komplekse spørringer. Hver vei inkluderer 5 knapper: "Show", "Edit", "Tegn", "Destroy" og "Repliker". Den "Show" -knappentillater visning av veien ved hjelp av Viewer. "Rediger" -knappen tillater redigering av veien metadata, inkludert navn, type, art, beskrivelse og referanse. "Draw" -knappen tillater redigering av lerretet med veien. Den "Destroy" -knappen tillater fjerning av veien fra databasen (hvis brukeren har tillatelse). Den "Repliker" -knappen tillater replikering av den valgte veien. Den "Forrige" og "Neste" knappene lar brukeren å navigere mellom sidene av trasé. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4: Opprett ny Pathway Form. "Ny Pathway" -knappen (se figur 3) fører til veien skjemaet vises her. Dette skjemaet inneholderfelt for veien navn, type, arter, og beskrivelse. "Ny Pathway" knappen kan også en å starte fra en eksisterende sti og legge til referanser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5: Opprett ny Reaksjon Form. Linken "Legg Process" tillater brukere å legge til en ny prosess, for eksempel en reaksjon eller bindende hendelsen. Legge til en prosess skaper en reaksjon modell, der reaksjonsvisualiseringer kan genereres og legges til skoleveien diagrammer. Reaksjonen modellen og visualisering er separate enheter. (A) reaksjon felt tillater å søke etter et eksisterende reaksjon, ved reaktanten, produktet eller enzym. De biologiske statlige felt tillatelser søker og velge en eksisterende biological tilstand. Når en reaksjon er valgt, kan den tilsvarende enzymer legges til med "Legg Enzyme" -knappen, som vil få opp et enzym autofullfør-boksen. Render alternativer tillate brukeren å velge den retningen de ønsker reaksjonen å bli gjengitt. En ny reaksjon kan skapes gjennom (b) "Ny Reaction" -knappen, noe som fører til en ny reaksjon skjema der elementer og enzymer kan legges. Når alle feltene er fylt ut, kan reaksjonen bli skapt gjennom "Opprett Reaction" -knappen. Hvis du vil redigere den underliggende reaksjon modellen man bør gå ut av veien illustratør, gå til reaksjonen indeksen, og finne og redigere reaksjonen der. For å hindre at dataavvik og utilsiktet forandre eksisterende veier, er det ikke mulig å endre reagenser / produktene eller fjerne enzymer fra en reaksjons modell om den allerede har visualiseringer av eksisterende veier. Dermed redigering reaksjonen modellen ikke automatisk oppdatere eksisterende reaksjonvisualiseringer. For å endre en reaksjon modell man må re-legge til den tilhørende visualisering til veien diagrammet for at endringene skal vises. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6
Figur 6: Pathway Viewer. Øverst til høyre betrakteren grensesnitt knapper gi grunnleggende navigasjon, zooming og skjermvippedrift handlinger. Den sentrale visningsfeltet viser veien som kan navigeres ved å klikke og dra, eller zooming ved hjelp av en mus. Den veien elementer som vises er hyperkoblet til andre stier og databaser (f.eks HMDB, DrugBank, Uniprot). Den siden menylinjen viser en beskrivelse av veien med referanser levert av brukeren. Sidemenyen viser også kategoriene "Highlight", "Analyze", "Gjørwnloads "og" Innstillinger ". Den" Highlight "kategorien kan forbindelser og enzymer for å bli valgt og merket med rødt. Den" -fanen Analyze "lar eksperimentell konsentrasjonsdata som skal angis, som deretter tilordnet til veien ved hjelp av en farge gradient. "Downloads" -kategorien tilbyr koblinger til de tilsvarende nedlastbare bildefiler og data utveksle filer. PNG-fil er en mindre non-vektor bildefil. SVG + BioPAX forbindelser gir større vektorbildefiler med innebygd BioPAX, for maskin-lesbarhet. den BioPAX, SBML, SBGN, og PWML linker gi ulike maskinlesbare formater. den "Innstillinger" åpner for visuell tilpasning av den viste veien bildet. klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7
Figur 7: Metabolsk Pathway bilde. Dette er et eksempel på en "tradisjonell" metabolismeveien som beskriver biosyntesen og nedbrytning av en spesiell forbindelse (D-serin). Den viktigste metabolitt er plassert i sentrum av lerretet og reaksjons og transport piler (kanter) viser strømmen av veien. Kanter og elementer kan automatisk være "klikket" sammen, dvs. tilkoblet. Element snap punktene er angitt med transparente røde sirkler på element sider, og kanten start / sluttpunkt er representert med transparente grå sirkler på kant ender. Snap punkter slå en gjennomsiktig grønt når svevde over, og et grønt når valgt. For å knipse en kant til et element, klikker du først på enten kanten start / slutt eller elementet snap punkt (det vil slå grønt). Klikk deretter på kanten start / slutt eller elementet snap punkt som må være tilkoblet. Kanten vil automatisk koble seg til snap punkt, og forblir koblet until den er fjernet (ved å dobbeltklikke på kanten og dra sluttpunktet unna, eller koble den til en annen snap punkt). Det er viktig å være oppmerksom på ved et uhell velge snap poeng, siden dette kan ha utilsiktede konsekvenser når du forsøker å flytte kantene rundt. Den solide grønne fargen på utvalgte snap punkter er ment å varsle brukeren til å snappe poeng de har valgt i øyeblikket. Snap punkter kan velges bort ved å klikke på dem en gang. Kantene kan også kobles til sine opprinnelige elementer. Når en kant er valgt, besøker "Edit Selected" -menyen linken og deretter "Edit Edge" linken. Dette vil få opp alternativer for å koble kanten automatisk i forskjellige retninger. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 8 <br /> Figur 8: Sykdom Pathway bilde. Dette er et eksempel på en sykdom bane som viser de organer som påvirkes av sykdommen (Sarcosine Oncometabolite reaksjonsveien). Andre bildeelementer blir brukt til å skildre økning eller reduksjon i metabolittkonsentrasjoner og deres akkumulering eller spredning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 9
Figur 9: Narkotika Pathway bilde. Dette er et eksempel på et medikament bane som viser organene hvor medikamentet blir metabolisert (Ibuprofen reaksjonsveien). Fargen rundt stoffet metabolitten er vanligvis avbildet som rosa. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.


Figur 10: Protein signalveien bilde. Dette er et eksempel på et signalveien som viser en samling av signaleringsreaksjoner mellom forskjellige proteiner (EGFR reaksjonsveien). Proteiner kan beskrives med flere farger, og de kan representeres enten av proteinet navn eller underenhet navn. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 11
Figur 11: Fargerike vs Simple Pathway Images. Fargerike trasé kan genereres med rikt biologisk sammenheng på enten en hvit eller blå bakgrunn (a). Folat metabolisme er avbildet her. Enkle, KEGG-lignende trasé kan også være generated ved hjelp av en enkel svart og hvitt representasjon (b). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 12
Figur 12:-optimal Pathway bilde. Et bilde som viser hva en suboptimal pathway (TCA syklus) ser ut. Overlappende elementer og krysser kanter gjør veien uforståelig. Dette kan skje hvis reaksjons elementene er ikke nøye eller riktig manipulert på lerretet. Manipulere elementer for å ha mer enn to forskjellige maltypene for forbindelsene (Large, Medium, Small forbindelse Visualisering eller Drug Visualisering, kofaktor Visualisering, Simple nederst, venstre til høyre eller oppe Visualisering) fører til flere bilde uoverensstemmelser. Malen typer er vist i trinn 1.15.2. Ikke koble the kanter påvirker strømningen av bildet som fører til dårlige tolkninger av veien. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

PathWhiz VANTED PathVisio pathway Verktøy VisANT
Internett server Ja Nei Nei Nei Nei
Installer Program Nei Ja Ja Ja Ja
protein Pathways Ja Ja Ja Nei Ja
metabolske veier Ja Ja Ja Ja Ja
Lagre som PNG / JPG Ja Ja Ja Nei Nei
Lagre som HTML Ja Nei Nei Ja Nei
Lagre som SVG Ja Ja Ja Nei Ja
Lagre som PDF Ja Ja Ja Ja Ja
Lagre som BioPAX Ja Ja Ja Ja Ja
Lagre som SBML Ja Ja Ja Ja Ja
Lagre som SBGN-ML Ja Ja Ja Nei Nei
Identifier Mapping Ja Ja Ja Ja Ja
membran Rende Ja Nei Nei Nei Nei
organRende Ja Nei Nei Nei Nei
organ Rende Ja Nei Nei Nei Nei
Bilder fra Color Rike Ja Nei Nei Nei Nei
pathway Beskrivelse Ja Nei Nei Ja Nei
Pathway DB Link Ja Nei Ja Ja Nei
pathway Inference Ja Nei Nei Ja Nei
Expt. data overlegg Nei Ja Nei Ja Ja
pathway Analysis Nei Ja Ja Ja

Tabell 1: Sammenligning av funksjoner. En funksjon sammenligning av flere vanlige pathway redigering / rendering verktøy.

Supplerende Fil 1: Eksempel på TCA syklus Beskrivelse for PathWhiz Pathway. Klikk her for å laste ned tilleggs fil.

Discussion

Protokollen er beskrevet her for å skape en enkel metabolismeveien (TCA-syklus) kan tilpasses for å skape en lang rekke maskinlesbare Biologisk komplekse trasé for noen arter. Videre denne protokollen beskriver også hvordan man kan kopiere eller spre eksisterende trasé laget av andre brukere. Konstruere en gangsti ved hjelp av dette verktøyet krever gjentatte trinnvise tillegg av reaksjoner, interaksjoner, transportprosesser, og under trasé, som hver er forbundet med overlappende elementer. Putting alle disse sammen gjør det mulig å lage fargerike, visuelt behagelig sti diagrammer som gir betydelig biologisk detaljer og nyttig biologisk sammenheng. Trinnene som er beskrevet i denne protokollen er forholdsvis enkel, og den tid det tar å bygge opp en bane diagram som avhenger av størrelsen og kompleksiteten av veien. Med litt øvelse kan de fleste individer gjengi en høy kvalitet sti diagram som består av ca 15-20 reaksjoner eller behandler end flere cellulære komponenter i ca 15 min. En helt ny bruker kan ta opptil 30-40 min for å generere en sti av tilsvarende størrelse og kompleksitet. Den tid som er nødvendig for å generere en bane er omtrent lineært med antall reaksjoner / prosesser som skal gjengis.

Opprette en høy kvalitet vei gjennom denne web-basert verktøy avhenger av kvalitet og detaljer av kildematerialet (trasé fra bøker, elektroniske databaser, eksperimentelle data, håndtegnede skisser) og fastidiousness av veien "artist". De som ønsker å generere høyere kvalitet pathway diagrammer bør være spesielt oppmerksom på avsnittene 1.11, 1.15 og 1.20 i protokollen, siden disse avsnittene beskriver etablering og redigering av reaksjons elementer (reagenser / produkter, enzymer, kanter, bilder, zoom esker, etiketter, og membraner). De beste pathway diagrammer vil intelligent amalgamert informasjon fra så mange eksisterende representasjoner av veien som mulig, inkludert de som er funnet i books, plakater, aviser og online databaser. En annen nøkkel til å generere høy kvalitet trasé er nøye kontrollere riktigheten av reaksjonene før du oppretter en reaksjon (gjennom § 1.11 av protokollen). Tar tid og krefter på å sikre reagenser, produkter og enzymer involvert (mange av disse allerede finnes i PathWhiz store database) er riktig for hver art er svært viktig. Det er også viktig å være klar over den cellulære lokalisering av reaksjoner, og for å inkludere viktige cellulære eller subcellulære komponenter for å tilveiebringe den riktige biologisk sammenheng. Dette kan gjøres ved å sjekke og bekreftende reaksjonen gjennom elektroniske databaser som Uniprot. Å ha all nødvendig informasjon for hånden, sammen med en røff, håndtegnet skisse av veien som skal opprettes vil i stor grad redusere feil og den totale tiden brukt på tegning eller gjengivelse.

Som forventet, vil større og mer komplekse stier tar lengre tid å gjengi, particularly hvis de ønskede elementer og prosesser ikke allerede er i PathWhiz database. Når du arbeider med større veier, er det vanligvis lurt å bytte fra autolagringsmodus til Manuell sparemodus, for å unngå en lang forsinkelse mellom handlinger. Når replikere en vei, hvor lenge brukeren måtte vente på veien som skal genereres, avhenger av antallet av elementer i reaksjonsveien. De fleste veier kan replikeres i ca 1-2 min. Når spre en sti, vellykket gjengivelse av den nylig spredte veien avhenger av hvor like de to artene er, som PathWhiz bruker BLAST 17 sekvens søker å finne homologe enzymer mellom arter. Større trasé vil være tregere til å forplante fordi BLAST må kjøre på et større antall enzymer. Forsøk på å forplante trasé mellom signifikant ulike arter (for eksempel mellom gjær og menneske) vil resultere i trasé blir utført med et antall av ukjente proteiner. Disse "fjernt" propagated trasé vil vanligvis kreve ekstra manuell redigering. På grunn av den svært visuell natur sti diagrammer og detaljer som kan bringes til en sti, er det alltid en god idé å arbeide på en datamaskin med en forholdsvis stor skjerm (> 20 inches eller> 50 cm) og en god internettforbindelse (> 5 mbps).

Hvis problemer med rendering eller skjerm forfriskende er oppstått, kan brukeren trenger å gjøre en liten mengde feilsøking. Hvis en stor, kompleks sti tar for lang tid å oppdatere, kan brukeren må oppdatere siden. Hvis en banen ikke forplante som forventet, kan brukeren trenger å gjøre noen manuell redigering for å sikre at alle elementer vises riktig. Også, som et mer konkret eksempel, hvis elementene i en reaksjon ikke vises, kan brukeren må sørge for at alle elementer eller enzymer er riktig valgt og kantene er ikke skjult. "Hjelp" linken på hovedsiden overskriften kan være nyttig hvis det oppstår et problem. En tutorial ertilgjengelig under "Tutorial" -fanen og bruksanvisning er tilgjengelig under "User Guides" tab. Begge forklare mange av verktøyets funksjoner i detalj. Brukerhåndboken kan brukes til å feilsøke eller forklare eventuelle begrensninger for en bestemt funksjon, for eksempel når en bruker låser en sti og senere ønsker å redigere den.

Som fremhevet gjennom denne protokollen og gjennom eksemplene i de medfølgende figurene, tilbyr dette verktøyet en rekke unike funksjoner som ikke finnes i noen (eller de fleste) andre veien tegneverktøy (se tabell 1). Først er det fullt web-basert og helt plattformuavhengig. For det andre støtter den gjengivelse og lettvinte generasjon av fargerike, biologisk komplekse, visuelt tiltalende, fullt hyperkoblet sti diagrammer som også kan konverteres til maskinlesbare formater (BioPAX, SBGN-ML 18, SBML 19, PWML 14). Tredje, sti diagrammer slekterted av dette verktøyet kan bladde, søkte, valgt og lett utforskes gjennom en lett-å-bruke online database og vise grensesnitt. Fjerde, web verktøy utviklet for å støtte fellesskapet pathway bidrag, noe som åpner for "bane crowdsourcing" som oppfordrer til deling og generering av nye veier og nye sti elementer.

Pathways genereres av denne web-basert verktøy kan brukes til en rekke applikasjoner. Rikt detaljert, fullstendig hyperkoblet pathways lett kan integreres i organismespesifikke databaser for proteomikk, metabolomics eller systembiologi applikasjoner. Internett-tilgjengelige banene er spesielt nyttig for utdannings- og opplæringsøyemed, så detaljene er tilgjengelige via web-baserte bilder er ofte mye større enn det som kan vises via et statisk bilde eller gjennom en enkelt lærebok eller journal side. Dette nettbaserte verktøyet støtter også generering av pathway representasjoner som er mer egnet for trykking og publisering.Som et resultat av mange bilder generert av denne web-basert verktøy som vises i aviser, plakater og lysbildepresentasjoner. Eksportere trasé til tekstbaserte datautveksling filformater (for eksempel BioPAX og SBML) åpner for trasé generert ved hjelp av denne web-serveren som skal brukes direkte i beregningsorientert analyse for systembiologi eller metabolske modelleringsprogrammer. Forplanter trasé mellom artene gjør slutninger gjøres om biologiske prosesser, spesielt blant de artene som har ganske nylig blitt sekvensert. Selv om ikke alle eksisterende trasé i dag eksisterer i PathWhiz, fortsetter sin offentlig vei database til å vokse, noe som fører til fremveksten av nye, crowdsourcing pathway samlinger. Disse samlingene vil ikke bare være lett utvides til nye arter, de vil forhåpentligvis føre til en dypere forståelse av deres unike biologi og biokjemi.

Disclosures

Forfatterne har ikke noe å avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne ønsker å takke den kanadiske Institutes of Health Research (CIHR) og Genome Alberta, en divisjon av Genome Canada, for 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 verktøy for å generere høy kvalitet maskinlesbare Biologiske Pathways
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