Login processing...

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

Biology

En webbverktyg för att generera hög kvalitet maskinläsbara biologiska Pathways

doi: 10.3791/54869 Published: February 8, 2017

Summary

PathWhiz är en omfattande, online-väg ritverktyg för att generera biokemiska och biologiska vägar. Den använder offentligt tillgängliga databaser och lätt att bygga paletter som består av färdigritade pathway komponenter. Detta protokoll beskriver hur lätt att bygga nya vägar, replikera och redigera befintliga vägar, och propagera tidigare ritade vägar till olika organismer.

Abstract

PathWhiz är en webbserver byggd för att underlätta skapandet av färgglada, interaktiva, visuellt tilltalande pathway diagram som är rika på biologisk information. Banorna som genereras av denna ansökan online är maskinläsbara och helt kompatibel med i stort sett alla web-läsare och datorns operativsystem. Den använder en specialutvecklad, webbaserad väg ritning gränssnitt som tillåter val och placering av olika kombinationer av färdigritade biologiska eller biokemiska enheter att skildra reaktioner, interaktioner, transportprocesser och bindande händelser. Denna palett av enheter består av kemiska föreningar, proteiner, nukleinsyror, cellmembran, subcellulära strukturer, vävnader och organ. Alla visuella element i den kan interaktivt justeras och anpassas. Dessutom eftersom detta verktyg är en webbserver, alla vägar och pathway element är tillgängliga för allmänheten. Denna typ av reaktionsvägen "publiken sourcing" betyder att PathWhizredan innehåller en stor och snabbt växande samling av tidigare dragna vägar och pathway element. Här beskriver vi ett protokoll för snabb och enkelt skapa nya vägar och ändring av befintliga vägar. För att ytterligare underlätta vägen redigering och skapande, innehåller verktyg replikering och spridningsfunktioner. Replikerings funktionen kan befintliga vägar kan användas som mallar för att skapa eller redigera nya vägar. Utbrednings funktion gör att man kan ta en befintlig väg och automatiskt sprida den över olika arter. Vägar som skapats med detta verktyg kan vara "re-stil" i olika format (Kegg liknande eller lärobok liknande), färgad med olika bakgrunder, som exporteras till BioPAX, SBGN-ML, SBML eller PWML format för datautbyte, och laddas ned som PNG eller SVG-bilder. Banorna kan lätt införlivas i online-databaser, integreras i presentationer, affischer eller publikationer, eller används uteslutande för online-visualisering och utforskning. denna protocol har framgångsrikt tillämpats för att generera över 2000 pathway diagram, som nu finns i många online-databaser, inklusive HMDB, DrugBank, SMPDB och ECMDB.

Introduction

Biologiska pathway diagram är som ritningar för livs forskare. De är kanske den mest koncisa och informativa vägar för att visa biologiska processer och kontextuella kopplingar mellan gener, proteiner och metaboliter. Detta beror på att bilderna mycket mer effektivt behandlas och ofta mycket mer lättförståeligt för människor än text en. Kvaliteten, detalj, och innehållet i pathway diagram kan variera avsevärt. Dessa skillnader beror ofta på det avsedda ändamålet med banan och kompetensen hos vägen artist. Vägar skapas för utbildningsändamål såsom planscher eller läroböcker är ofta skapade av professionella konstnärer. Som ett resultat av dessa pathway diagram är mycket mer visuellt tilltalande och erbjuder betydligt mer biologiskt detalj med full skildringar av metabolit strukturer, subcellulära komponenter, cellstrukturer, vävnader och organ. Dessa "lärobok" representationer innehåller ofta detaljerade anteckningar ochkommentarer. Å andra sidan, pathway diagram avsedda för Internetapplikationer har ofta offra artisteri och visuell klarhet i förmån för förenklade maskinläsbara "ledningar" diagram. Dessa wireframe diagram är lättare bildkartläggs och hyperlänk. Förenklade pathway diagram är grunden till dessa populära online pathway databaser som Kegg 2, MetaCyc 3, Wikipathways 4, och Reactome 5. Framväxten av dator kompatibel pathway databaser har också lett till uppkomsten av dator kompatibel väg ritverktyg. Med andra ord, behöver man inte vara en professionell konstnär eller en professionell programmerare att generera användbara pathway diagram. Till exempel, BioCyc s Pathway verktyg 6 och Wikipathway s PathVisio programvara 7 tillåter användare att fritt skapa och dela maskinläsbara vägar i BioPAX 8and / eller HTML-format. Dessutom finns det ett antal andra fristående gratisprogram samt kommersiella paket som stöder generering av olika maskinläsbar, wire-frame vägar, såsom Cytoscape 9 GenMAPP 10, PathCase 11, och VisANT 12.

Förenklingen av Internet pathway diagram växte till stor del från de historiska begränsningar som finns i många webbläsare och webbaserade rendering verktyg. Däremot har betydande framsteg inom webbteknik gjorts under de senaste åren. Detta tyder på att det skulle kunna vara möjligt att skapa interaktiva, internetkompatibla pathway diagram som är lika färgstark, lika estetiskt tilltalande och lika biologiskt komplett som de som finns i läroböcker. Detta arbete ledde till utvecklingen av PathWhiz. PathWhiz genomfördes med hjälp av en Ruby on Rails (http://rubyonrails.org, version 4.2.0) web framework införliva en MySQL relationsdatabas (https://www.mysql.com, version 5.1.50) för att hantera alla vägen data, inklusive företagets relationer, externa referenser, beskrivningar, visualisering specifikationer och kemiska strukturer. Front-end webbklient styrs av Ruby on Rails i kombination med backbone.js (http://backbonejs.org, version 1.0.0) som webbramverk för redaktören front-end.

Utvecklades ursprungligen för curation av den mänskliga endast liten molekyl Pathway Database (SMPDB) 13, har PathWhiz 14 sedan utökats till att stödja vägen generation för många andra organismer och för att fungera som en allmän väg bild och kunskapsdatabas. I synnerhet tillåter detta webbverktyg för att skapa ett komplett utbud av biokemiska / biologiska vägar inklusive metaboliska, proteininteraktioner, molekylära signaleringen, fysiologiska och läkemedel / sjukdomsvägar. Denna väg ritverktyg skiljer sig från de flesta andraväg genere verktyg tre huvudsakliga sätt: 1) det är en webbserver snarare än en fristående, installeras programvarupaket; 2) den stödjer den facile generering och interaktiv visualisering av kemiska föreningar, proteiner, nukleinsyror, cellulära membran, subcellulära strukturer, vävnader och organ; och 3) det tillåter användare att enkelt låna, bygga eller förbättra arbetet med andra användare, vilket gör det möjligt "publiken källkod" -systemet generation. Som en webbserver, har det flera fördelar jämfört med nedladdningsbara, plattformsspecifika mjukvaruverktyg. Framför allt är det förenligt med alla plattformar, operativsystem och modern webbläsare. Dessutom är det inte kräver att användaren registrera sig för att börja skapa en väg (även om användarna fritt kan skapa en "privat konto" för att spåra och kontrollera tillgängligheten av banorna de skapar). Kanske den mest tilltalande inslag i detta verktyg är den mängd biologisk och biokemisk detalj som lätt kan läggas in inågon väg genom en palett av förrenderade bilder och en omfattande databas av protein och biokemiska data. Detta gör att både "icke-artister" och "icke-programmerare" för att enkelt skapa färgstarka, estetiskt tilltalande och detaljrika banor som är webbkompatibla och fullt maskinläsbara. En mer detaljerad jämförelse mellan PathWhiz och andra verktyg pathway dragnings ges i tabell 1.

Ett antal populära life science-databaser har redan använt denna väg ritverktyg för att skapa databasspecifikt, på nätet, interaktiva pathway diagram. Till exempel Escherichia coli Metabolome Database (ECMDB) 15 nyligen uppdaterat sin väg bibliotek med mer än 1.650 vägar dras med hjälp av webbaserade verktyg. Varje väg i ECMDB visas nu som en rikt färgad, fullt hyperlänkade kartbild med detaljerade metabolit och protein struktur skildringar, samt en förenklad svartvit KEGG-like tråd diagrammet. Denna storskaliga väg uppdatering ledde till upptäckten av många mellanliggande metaboliter som inte hade tidigare ingick i andra Escherichia coli metaboliska databaser. Andra databaser, såsom Human Metabolome Database (HMDB) 15, inte bara förlita sig på PathWhiz vägar att skildra och beskriva metabola och signalvägar, men också för att skildra de metaboliska förändringar som är involverade i sjukdomar såsom cancer. HMDB omfattar för närvarande 101 metaboliska vägar, 376 läkemedelsverkan vägar, 233 sjukdomsassocierade vägar och 16 signaleringsvägar, alla genererade genom denna webbverktyg.

Följande protokoll beskriver i detalj hur PathWhiz kan användas för att enkelt skapa, replikera, och propagera biokemiska vägar för en mängd olika syften och tillämpningar.

Protocol

1. Pathway Generation

  1. Gå till http://smpdb.ca/pathwhiz använda någon modern webbläsare.
  2. Från menyraden, välja antingen "Try Me!" att använda verktyget som gäst (vägar dras blir offentliga), "Sign Up" för att registrera ett konto (vägar dras endast kan redigeras av användaren), eller "Logga in" för att använda ett befintligt konto. För att registrera ett konto, gå till steg 1.2.1, annars gå till steg 1,3.
    1. För att registrera ett konto, fyll i formuläret med e-post, namn, tillhörighet, stad, land och åtta tecken minsta lösenord med bekräftelse lösenord och klicka sedan på "Registrera dig".
  3. Om inte automatiskt omdirigeras till vägen index, välj "Rita" länk i menyraden. Detta index sida kommer att visa en tabell över befintliga vägar. Klicka på "ny väg" för att starta en ny väg.
  4. Skriv in namnet på vägen dras (t.ex. TCA Cycle).
  5. Välja den typ av väg att dra från rullgardinsmenyn (t.ex. sjukdom / drog / Metabolic / Signaling / Fysiologiska). Det är möjligt att generera kemiska reaktionsvägar samt proteinsignalering, DNA / RNA-vägar, eller protein-proteininteraktionsvägar.
  6. Sök och välj en art genom att skriva vetenskapliga namnet på organismen i Komplettera automatiskt rutan (t.ex. typ Escherichia coli). Om organismens namn inte finns i rullgardinsmenyn, klicka på "Ny" -knappen och följ steg 1.6.1 till 1.6.5 för att lägga till en ny organism, annars gå vidare till steg 1,7.
    1. Ange det vetenskapliga namnet på arten (t.ex. Gorilla gorilla) och det gemensamma namnet (t.ex. Gorilla).
    2. Välj klassificeringen av arten från rullgardinsmenyn som Eukaryote eller prokaryot och ange taxonomi ID från NCBI taxonomi (t.ex. 9593).
    3. Klicka på "Skapa Species" -knappen.
  7. Ange en omfattande beskrivning av vägen. Se Kompletterande fil 1 för ett exempel på en beskrivning. Ju mer fullständig beskrivning, desto lättare är det att söka och hitta vägen, och de mer populära vägen kommer att vara bland användarna.
  8. Lägg till externa referenser till vägen genom att klicka på "Add Reference" och följa steg 1.8.1 till 1.8.2, annars gå till steg 1,9.
    1. Ange PubMed ID (som automatiskt kommer att generera citat text) eller lägga till citat text manuellt (och lämna PubMed ID fältet tomt) (t.ex. PMC545700 eller Kang Y, et al. Genome-wide Expression analys indikerar att FNR av Escherichia coli K-12 reglerar ett stort antal gener med okänd funktion J. Bacteriology 187 (3):.. 1135-1160 doi:. 10,1128 / JB.187.3.1135-1160 2005).
    2. Upprepa denna process tills alla önskade referenser har lagts till.
      OBS: I de flesta fall är endast en eller två referenser behövs. Men ju mer metadata en can till, desto mer populära vägen vara.
  9. Klicka på "Skapa Pathway" -knappen. En vit inrutade duk visas med en grå menyraden. Det är här ritningen äger rum.
  10. Klicka på "Lägg till Process" länken och välj "Lägg reaktion" för att lägga den första processvisualisering. Till exempel starta med en reaktionstid som visar omvandlingen av oxalättiksyra till Citronsyra, via enzymet citratsyntas.
    OBS: Processer är biologiska händelser eller aktiviteter. Processer kan delas in i fyra kategorier: reaktioner, transport händelser, växelverkan, och bindnings händelser. I detta exempel en reaktion visas, men samma principer gäller för att lägga till någon form av process.
  11. Söka de befintliga reaktioner genom att ange reaktanter, produkter eller enzymer i autoslutrutan (t .ex. "Oxaloättiksyra" eller "Acetyl CoA"). Bläddra igenom befintliga reaktioner för att hitta den önskade reaktionen, markera den och gå direkt till step 1,12, eller, om den önskade reaktionen inte hittas, klicka på "Ny Reaction" -knappen och följ steg 1.11.1 till 1.11.11 för att lägga till en ny reaktion modell till databasen.
    1. På New Reaction formuläret, klicka på "Lägg till vänster Element" för att lägga en reaktant på den vänstra sidan av reaktionen. Reaktioner är skrivna som reaktionsekvationer med en vänster sida och en höger sida.
    2. Välj stökiometri och elementtypen (förening / Protein Complex / Element Collection / nukleinsyra / Bound Element). Sök efter elementet med namn i Komplettera automatiskt rutan (t.ex. "oxalättiksyra"). Välj det önskade elementet. Gå till steg 1.11.3 eller, om det önskade elementet inte hittas, klicka på "Ny" -knappen och följ steg 1.11.2.1.
      1. På den nya delen, fyller i fälten på lämpligt sätt och spara.
    3. Upprepa steg 1.11.1 och 1.11.2 för varje element som deltar i den vänstra sidan av reaktionen (t ex lägga till ytterligare två föreningar, "AceTyl-CoA "och" Water ").
    4. Välj riktning vägen från rullgardinsmenyn (t.ex. väljer pilen riktad från vänster till höger).
      OBS: Arrow representationer innefattar vänster till höger, höger till vänster, och reversibel.
    5. Med den vänstra delen av reaktionen nu avslutad, klicka på "Lägg till rätta element" för att lägga till en produkt.
    6. Välj stökiometri och elementet typ som i steg 1.11.2. Sök efter elementet med namn i Komplettera automatiskt rutan (t.ex. "citronsyra") och välj det önskade elementet. Om det önskade elementet inte hittas, klicka på "Ny" -knappen och följ steg 1.11.2.1.
    7. Upprepa stegen 1.11.5 och 1.11.6 för varje element som deltar i den högra sidan av reaktionen (t.ex. lägg till "Hydrogen lon" och "Coenzym A").
    8. Efter reaktanterna och produkterna har tagits fram genom att klicka på "Lägg till Enzyme" för att lägga till ett enzym för reaktionen.
    9. HavRCH för enzymet genom att skriva sitt namn i Komplettera automatiskt rutan (t.ex. "citrat syntas") och välj det önskade enzymet. Om enzymet inte finns i databasen, klicka på "Ny" -knappen och följ steg 1.11.9.1 till 1.11.9.7.
      1. När du skapar en ny enzym, använder det nya enzymet formulär att fylla i enzymet namn och arter på motsvarande flikar (t.ex. Namn: citratsyntas, Art: Escherichia coli).
      2. Klicka på "Lägg till Protein" knappen för att lägga artspecifika uppgifter (det vill säga sekvensen och kvartära strukturinformationen) till detta enzym.
      3. Fyll i stökiometrin och sök för proteinet efter namn (citratsyntas), gen namn (gltA) eller UniProt ID i autoslutförande rutan. Välj det önskade proteinet eller, om det önskade proteinet inte hittas, klicka på "Ny" -knappen och följ steg 1.11.9.3.1.
        1. På nytt protein, fyller i fälten på lämpligt sätt och klicka på4;. Skapa Protein knappen "Obligatoriska fält uppges namn och UniProt ID Resten av fälten är valfria..
      4. Använd "Lägg Ändringar" och / eller "Lägg kofaktorer" knapparna för att lägga proteinmodifiering eller enzymkofaktorer, om så erfordras. I det här fallet, varken krävs. Fyll i fälten på lämpligt sätt.
      5. Klicka på "Lägg till biologiska tillstånd" för att lägga till en subcellulär plats till enzymet.
      6. Sök efter den önskade biologiska tillstånd genom att ange art, celltyp och / eller subcellulär plats i Komplettera automatiskt rutan (t.ex. "Escherichia coli, Cell, cytosol"). Välj det önskade tillståndet eller, om det önskade tillståndet inte hittas genom att klicka på knappen "Ny" och gå vidare till steg 1.11.9.6.1.
        1. På nya biologiska statliga formulär, fylla i fälten på lämpligt sätt. Om arten, etc., inte hittas, använd "Ny" -knappen som beskrivits ovan i steg 1.6.1 till 1.6.5. gång görane, klicka på "Skapa biologiskt tillstånd" -knappen.
      7. Klicka på "Skapa Enzyme" för att spara enzymet.
    10. Upprepa steg 1.11.8 till 1.11.9 för att lägga till ytterligare enzymer, om det behövs.
      OBS: Ett reaktions kan ha många olika enzymer associerade med den, och de enzymer behöver inte tillhöra samma biologiskt tillstånd eller art (så länge som reaktanterna och produkterna är samma). När du ritar en reaktion är det alltid möjligt att välja vilken av dess associerade enzymer ska visas.
    11. Klicka på knappen "Skapa reaktion" för att spara den nya reaktionen.
  12. Ange reaktionen är subcellulära plats (för denna väg) i det biologiska tillståndet fältet, om detta är känt.
  13. Välj önskad för initial gör reaktionen från rullgardinsmenyerna (vänster till höger, höger till vänster, horisontellt / vertikalt) orientering (t.ex. väljer vänster till höger och horisontell).
  14. Med hjälp av en mus eller styrplatta, klicka och dra för att flytta reaktionselementen på arbetsytan som önskas. Följ stegen 1.15.1 till 1.15.5 för omplacering och redigering av reaktionselement (föreningar, kanter och / eller enzymer) av den nyligen skapade reaktionen.
    1. Välj ett eller flera element (föreningar, kanter och / eller enzymer) samtidigt genom att antingen enkelklicka varje element för att lägga dem en i taget till den aktuella markeringen, eller välja alla element genom att använda markören för att dra en ruta runt relevanta faktorer. De valda element kommer att färgas rött.
      1. Dra de markerade element över arbetsytan för att ompositionera dem i det önskade området (vanligtvis i centrum av duken) med användning av en mus eller styrplattan. Välja bort element genom att klicka på dem en andra gång, eller klicka på tom duk.
    2. Dubbelklicka på en kemisk förening(Det kommer att bli omgiven av en streckad grå ruta) för att komma åt en pop-up sidofältet som visas på den högra sidan av skärmen. Använd denna sidofältet för att redigera mallen, biologiska tillstånd, z-index och fullständig reaktion detaljer.
      1. Välj en typ av mall från de tillgängliga alternativen (Large, Medium eller Liten förening Visualisering, Stor, Medium eller Liten Drug Visualisering, Cofactor Visualisering, Simple Bottom, Vänster Höger eller Top visualisering). Lägg till en biologisk stat och redigera z-index om det behövs.
        OBS: Det är bäst att hålla den typ av mall konsekvent hela vägen, förutom att skilja mellan typer av föreningar, det vill säga läkemedel vs. metaboliter.
    3. Dubbelklicka på ett protein / enzym (det kommer att bli omgiven av en streckad grå ruta) för att komma åt en pop-up sidofältet (visas på den högra sidan av skärmen). Använd denna sidofältet för att redigera mallen, biologiska tillstånd, z-index, protein komplexa detaljer, och fullständig reaktion detaljer.
      1. Välj en typ av mall från de tillgängliga alternativen (Enzyme Monomer, dimer eller tetramer, ingen märkning, Protein etikett eller subenhet Label, Transporter, Receptor eller repressor). Lägg till en biologisk stat och redigera z-index om det behövs.
        OBS: Olika färger är anordnade att skilja mellan proteiner; standardfärg är satt till grönt.
    4. Om du vill redigera informationen för en hel process, dubbelklicka på någon av dess delar (de kommer att bli omgiven av en streckad grå ruta) och öppna "Edit Selected" länken i den sekundära menyraden (grå). Två alternativ visas: "Redigera <Element>" och "Redigera <Process>".
      OBS: "Redigera <Element>" kommer att leda användare till sidofältet för motsvarande element. "Redigera <Process>" kommer att presentera alternativ för att "Redigera information", ändra riktning i vilken processen görs (horisontell / vertikal och vänster / höger), eller anslut kanterna (ävenHorisontell / Vertikal och vänster / höger). Genom att klicka på Redigera Detaljer länken kommer att leda till en skärm där uppgifter om reaktionen och alla dess element kan redigeras på en gång, inklusive biologisk staterna, mallar, och z-index. Enzymer kan tillsättas eller tas bort från skärmen, och element och kanter kan döljas om så önskas. Till exempel, dubbelklicka på Vätejonkälla elementet, och klicka sedan på "Edit Selected". Placera markören över "Redigera Acetyl-CoA + oxalättiksyra + Vatten → Citronsyra + coenzym A + Vätejonkälla" och välj "Redigera information". Lägg till en biologisk staten för varje förening (Escherichia coli, Cell, cytoplasman). När detta är gjort, gå till botten av sidan och klicka på lila "Update Reaction" -knappen. Endast enzymer som redan är associerade med denna reaktion kan tillsättas till reaktionsvägen i detta skede. Om nya enzymer behöver tillsättas till reaktionsmodell tillbaka till reaktionsindex (under fliken "Processer"), hitta den önskade reaktionen,och lägga dem där.
    5. Redigera reaktions kanterna genom ett enda klick eller ett dubbelklick.
      1. Välj de reaktions kanter för att manipulera dem på samma sätt som föreningar och proteiner. Klicka och dra på kanten för att flytta hela kanten.
        OBS! Start- och slutpunkter kan också klickas och dras för att ändra kantlängderna. När start / slutpunkt av en kant har valts, kan den tillhörande "ratten" justeras för att styra riktning och krökning start / slutpunkt. För att lägga till extra noder till kanten markerar kanten och notera den blå rektangeln som visas. Klicka på den övre halvan av rektangeln för att lägga till en nod och klicka den nedre halvan för att ta bort en nod.
      2. Dubbelklicka på start / slutpunkt av en kant till cykel start / slutpunkt genom den spetsiga pilen, blockering pil, och ingen pil alternativ.
  15. När väl den första reaktionen har upprättats såsom önskas, välja en produkt av reaktionen (t.ex. citronsyra)genom att dubbelklicka på den (märka förändringen i färg till rött) för att lägga till nästa process på denna reaktionsprodukt (i detta fall citronsyra till cis -Aconitic Acid via Aconitate hydratas).
  16. När du har valt, klicka på "Lägg till Process" fliken och klicka på "Lägg till Reaction" alternativet.
  17. Lägga till en annan reaktion på TCA-cykeln (i detta speciella exempel) genom att upprepa processen för att lägga till en reaktion (steg 1,11-1,15). Eftersom denna reaktion byggs bort en befintlig reaktionsprodukt, endast reaktioner som innehåller det valda elementet visas.
  18. Tillsätt resten av reaktionerna för TCA-cykeln genom att följa stegen 1,11-1,15 för varje reaktion.
  19. När alla reaktioner har lagts till, lägga till visuella element såsom membran, DNA, tRNA, subcellulära organeller, organ, vävnader, zoom lådor eller etiketter genom att klicka på "Lägg till Visual Element" länken och välja en av "Lägg Membrane", "Lägg till bild "," Lägg till Zoom Box "eller"; Lägg "alternativ Label Följ stegen 1.20.1 till 1.20.4 för att lägga till visuella element..
    1. Klicka på "Lägg till Membrane" möjlighet att lägga till en cellmembranet. Redigera detta membran genom att dubbelklicka på den för att komma åt sidofältet. Välj vilken typ av membranet i mallfältet ligger på sidofältet. Välj "Länkade membran" för att göra en inramad membran.
    2. Klicka på "Add Image" för att lägga till en bild som för tillfället existerar i PathWhiz databasen (standardbilder inkluderar organ, organeller, och vävnader). Redigera bilden genom att dubbelklicka på den för att få tillgång till en sidofältet. Redigeringsalternativ är självförklarande och inkludera djup skalning med z-index, skala upp / skala ner, och rotera vänster / rotera höger.
    3. Klicka på "Lägg till Zoom Box" för att lägga till en zoomruta till en viss bild.
    4. Klicka på "Lägg till etikett" för att lägga till en textetikett. Redigera etiketten genom att dubbelklicka på den för att komma åt dess sidofältet. Redigeringsalternativ inkluderar etikettmallen, text, ochz-index.
      OBS! "Lägg innehållslös Element" länken erbjuder alternativ för att lägga till främmande föreningar, proteiner, nukleinsyror, element samlingar, eller kanter på duken som inte är associerade med någon process. Dessa faktorer kommer att dyka upp först i det övre vänstra hörnet av duken. De visas som godtyckliga element som kan redigeras i sidofältet, där användaren kan välja det önskade elementet och ändra visualiserings detaljerna hos nämnda element. Elementet bör införlivas i vägen innan du lägger några nya innehållslösa element för att upprätthålla vägen prydlighet. Innehållslösa element är endast avsedda att underlätta visuell förståelse (dvs visar närvaron av flera tRNA under transkription) och inte för att representera integrerade processkomponenter. De bör användas sparsamt eftersom de bara kommer att dyka upp i visualisering, och är inte införlivas i maskinläsbara format (BioPAX, SBML, SBGN, PWML).
  20. Lägg till en sub-pathway genom att klicka på "Lägg till Process" länk och välja "Lägg till under Pathway" alternativet.
    OBS: Under vägar kan också vara kedjad till befintliga reaktioner, på samma sätt som visas i steg 1.16 till 1.18. Tillägget av under vägar kan minska komplexiteten i stora eller komplexa vägar. De kan också användas för att ge ytterligare information om kopplingar mellan kända vägar.
  21. Sök efter under vägen namn i Komplettera automatiskt rutan. Endast under vägar som redan har definierats för denna väg visas i Komplettera automatiskt rutan, vilket om det är en ny väg, kommer inga under vägar visas. Om det inte finns önskad under vägen genom att klicka på "Ny under Pathway" -knappen och följ steg 1.22.1 till 1.22.3.
    1. Välj typ sub-vägen (Sub Pathway / Hämmande Sub Pathway / Aktivera Sub Pathway).
    2. Ange under vägen namn.
    3. Lägg ingångs- och utgångselementen till sub-reaktionsvägen på samma sätt som att lägga till reaktanter och proddukter till ett reaktions (stegen 1.11.1 till 1.11.3 ovan).
      OBS: En under väg bör ha åtminstone en ingång eller utgångselementet. Detta gör att den kan anslutas till de andra processer i reaktionsvägen, på samma sätt som reaktionerna kedjas (steg 1,16-1,18 ovan).
    4. Klicka på "Skapa under Pathway" -knappen.
  22. Justera duken storleken på en väg diagrammet genom att klicka på "Övrigt" länken och välja "Change Canvas Size" alternativet. För att ändra arbetsytans storlek, följ steg 1.23.1 till 1.23.3.
    1. Fyll i "New höjd" fältet och "Ny bredd" -fältet i enlighet därmed.
    2. Välj önskad riktning mot vilken duken bör öka eller minska i storlek genom att klicka på motsvarande knapp på nätet i avsnittet "Anchor".
    3. Klicka på "Uppdatera Canvas Size" knappen.
  23. Alternativt justera duken storlek automatiskt. När kanalen är klar, cslicka "Övrigt" länken och välj "Anpassa Canvas att Pathway" alternativet. Detta kommer automatiskt att trimma duken runt de befintliga pathway elementen.
  24. När vägen är klar, klicka på länken "Pathway" och välj "Export och Visa" alternativet.
  25. Använd "bakgrundsfärg för bilder" för att välja antingen blå eller vit som bakgrundsfärg för bilden.
  26. Välj antingen Ja eller Nej för "också generera förenklad version?" alternativ. Om du väljer Ja, en Kegg liknande tråd diagram kommer också att genereras automatiskt för vägen.
  27. Klicka på knappen "Skapa bildfiler".
    OBS: Detta genererar olika dataöverföringsformat och bildfiler för vägen. Bilderna måste åter genereras varje gång vägen uppdateras, och det kan ta flera minuter.
  28. När bilden har genererats, klicka på knappen "Visa i Viewer" för att visa en helt hyperlänk, hög upplösning vägsätt bild i webbläsaren.
    OBS: "Show i Viewer" -knappen visas endast för vägar när deras bilder har genererats. Denna uppfattning innehåller även länkar för att ladda ner vägen i olika datautbyte och bildformat.

2. Pathway Replication

OBS: Pathway replikering är en snabb och enkel väg att ta en befintlig väg i PathWhiz bibliotek och duplicera den så att den kan fungera som en mall för ytterligare redigering eller modifiering. Att replikera en väg, följ steg 1,1-1,3 för att logga in, om det inte redan gjort.

  1. Gå till vägen index om inte det redan genom att klicka på "Pathways" på menyraden. Sök efter den önskade vägen till replikeras genom att skriva in sitt namn i sökfältet och klicka på knappen "Sök" (t.ex. "TCA Cycle").
  2. Leta upp vägen till replikeras (t.ex. "TCA Cycle"), och klicka på den gröna "replikera", menton.
  3. Redigera namnet på vägen om så önskas (t.ex. typ "TCA Cycle Practice". Kan inte två vägar har samma namn.
  4. Ange ett nytt eller annan beskrivning för vägen (se steg 1,7).
  5. Att lägga till nya eller olika referenser till vägen, klicka på knappen "Add Reference" och följ steg 1,8 ovan.
  6. Klicka på "Skapa Pathway" -knappen. En lila framsteg hjul visas medan vägen byggs. Denna process kan ta flera minuter eller mer, beroende på storleken på vägen.
  7. Redigera eller lägga till önskade element i vägen med hjälp av steg från 1,10 till 1,22.
  8. Följ steg 1,23-1,29 att slutföra och exportera vägen.

3. Pathway Förökning

OBS: Pathway utbredning är en snabb och enkel väg att ta en befintlig väg i PathWhiz bibliotek för en organism (t.ex. Escherichia coli) och skapa en liknande väg för en annanorganismen (t.ex. Staphylococcus aureus). Denna process innebär att hitta och ersätta S. aureus proteiner för E. coli-proteiner och regenerering av hela vägen med S. aureus proteiner eller gener. Att propagera en väg start genom att följa stegen 2,1-2,2 ovan.

  1. Leta upp vägen till förökas (i detta fall TCA Cycle) och klicka på "Show" -knappen.
  2. Klicka på "Sprid" -knappen i det övre högra hörnet.
  3. På utbrednings formuläret, klicka på "Lägg till Species" för att identifiera den art som den befintliga banan kommer att konverteras. Flera arter kan tillsättas, även om fler arter finns, desto längre tid omvandlingen.
  4. Sök efter ett befintligt art eller lägga till en ny art att följa stegen 1.6.1 till 1.6.5 ovan.
  5. Om så önskas, ändra e-värdet för att bestämma tröskel likheten för att hitta proteinhomologer. Välj Ja eller Nej för "Kommenterad Proteiner Endast"Alternativet (detta indikerar vilket UniProt proteiner bör användas i den genererade vägen).
  6. Klicka på "Sprid Pathway" -knappen.
  7. Klicka på "OK" -knappen i popup-fönster.
    OBS: En lila framsteg hjul visas medan vägen är föröknings. Denna process kan ta flera minuter eller mer, beroende på storleken på vägen och antalet arter som den ursprungliga vägen är att förökas.
  8. En andra pop-up fönster visas när förökning är klar. Klicka på "OK" -knappen. Detta kommer att skapa ett index som visar alla nya vägar som har genererats från denna förökning.
  9. Från detta index, kontrollera vägen detaljer och klicka på "Draw" -knappen för att visa och redigera alla nya vägar.
  10. Redigera eller lägga till önskade element i vägen med hjälp av steg från 1,10 till 1,22.
  11. Följ steg 1,23-1,29 att slutföra och exportera vägen.

4. Redigeringen befintlig Pathway

OBS: I vissa fall, ny information om en befintlig väg måste tillsättas eller felaktig information om en väg behöver rättas. Om du vill redigera en befintlig väg, börja genom att följa stegen 1,1-1,3 för att logga in.

  1. Gå till vägen index om inte det redan genom att klicka på "Pathways" på menyraden.
  2. Leta upp vägen som ska redigeras (i detta fall "TCA Cycle"). Om bilden ska redigeras klicka på knappen "Draw", om beskrivningen eller referenser som ska redigeras genom att klicka på knappen "Redigera".
    1. Om du vill redigera bilden, följ steg 1,10-1,29 ovan.
    2. Om du vill redigera vägen beskrivning eller referenser, följ steg 1,4-1,8 och klicka på "Uppdatera Pathway" -knappen när du är klar för att spara ändringarna.
  3. Regenerera bilden för att uppdatera ändringarna genom att följa stegen 1,25-1,28.

5. Pathway Visning och Downloading

OBS: Denna webbaserat verktyg innehåller tusentals noggrant dragna och redigerade vägar som kan ses eller laddas ner för olika tillämpningar. Om du vill visa eller ladda ner en väg, följ steg 1,1-1,3 för att logga in.

  1. Gå till vägen index (om inte det redan) genom att klicka på "Pathways" på menyraden.
  2. Leta upp vägen som ska hämtas (i det här fallet, TCA-cykeln) och klicka på "Show" -knappen.
  3. Klicka på den lila knappen med den önskade PathWhiz ID bredvid "Visa i Viewer" etikett (det kan finnas fler än ett ID).
  4. Klicka på "Downloads" fliken i sidofältet.
  5. Klicka på hyperlänkar för att ladda ner vägen i olika filformat.

Representative Results

Webbservern huvudvägen generation verktyg som beskrivs i detta manuskript visas i figur 1 och figur 2. Menyalternativ som tillhandahålls av varje flik visas också. Figurerna 3 och 4 ger en uppsättning av skärmdumpar av processvägen skapande. Figur 5 ger en uppsättning av skärmdumpar av processreaktions skapande. Figur 6 visar online vägen betraktaren och dess meny.

PathWhiz kan användas för att generera vägar med olika innehållstyper och stilar. Dessa inkluderar "traditionella" metaboliska vägar (Figur 7), sjukdomar och drogvägar visar biverkningar (Figur 8) och svar läkemedels (Figur 9), samt proteinsignalvägar (Figur 10). Vägar kan rikt färgade med stor biologiska detalj eller de kan omvandlas till enkla svarta och vita representationer (Figur 11). När de är färdiga, kan dessa vägar ses i den interaktiva vägen betraktaren (figur 6), hämtas som bilder, eller exporteras i flera olika maskinläsbara datautbyte format för vidare analys. Observera att kvaliteten på de olika format för datautbyte beror på kvaliteten på de uppgifter som matas in när den ursprungligen dra vägen. Till exempel kommer att lägga till mer reaktions detalj (dvs stökiometri, biologiska stater) producera mer omfattande BioPAX. Å andra sidan, vägar dras med överlappande element (för visuella skäl, såsom att visa bundna element eller proteinkomplex) kan också producera överlappande tecken i SBGN-ML.

Figur 1
Figur 1: Pathway Editor gränssnitt. Redigeraren Interface är kompoSED av 3 huvuddelar: en övre menyraden en sekundär meny och en inrutade duk. Den översta menyraden (lila) innehåller länkar för att visa, redigera och skapa pathway element. Högstadiet menyraden (grå) innehåller länkar för att lägga till och redigera visuella pathway element i den aktuella vägen schema, såsom reaktioner, interaktioner, transportprocesser, under vägar, föreningar, proteiner, nukleinsyror, liksom membran, cell / subcellulära bilder, zoom rutor och etiketter. Menyn innehåller också två flikar som tillåter redigering av utvalda delar eller redigering av duken. Den inrutade vit duk under menyrader är där reaktionsvägar och processer tillkommer. Zoomrutan fungerar som en visuell att ange förstoringen av ett markerat område i en bild. Den består av ett litet torg som är ansluten till en ny stor fyrsidiga. En liten ruta placeras på det område som ska expanderas eller zoomas, medan den fyrsidiga fungerar som en duk där man kan lägga till the reaktioner som sker i det markerade området (av mindre kvadrat). Redigera zoomrutan genom att dubbelklicka på den för att komma åt dess sidofältet. Redigeringsalternativ inkluderar listrutorna för mall, färg, och z-index. Det gör orientering zoomrutan kan ändras genom att välja topp, höger, vänster eller botten på fliken mallen. När zoomrutan är markerad, kan svarta cirklar dras att ändra storlek och formatera de olika zoom box komponenter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 2
Figur 2: Pathway Editor menyer. Redaktören Menyerna ger alternativ för att lägga processer och element, samt att redigera befintliga element och duk. (A) Länken "Pathway" erbjuder alternativ till "Redigera information" och "Export och Visa". "Redigera Detaljer" alternativet tillåter redigering av vägen beskrivning och referenser medan "Export och Visa" alternativet tillåter generering eller regenerering av bildfilerna. (B) Länken "Lägg Process" erbjuder alternativ för att lägga till en reaktion, interaktion, bindande händelse, händelse transport, reaktion kopplad transport, eller sub-vägen till duken. (C) "Lägg vacuous Element" länk erbjuder alternativ för tillsats av en förening, ett protein, en nukleinsyra, ett element samling eller en kant på duken. Dessa faktorer kommer att dyka upp i det övre vänstra hörnet av duken. Ett godtyckligt element visas i duken tillsammans med pop-up sidofältet, där användaren kan söka efter den önskade elementet eller ändra detaljer i nämnda element. Elementet bör införlivas i vägen innan du lägger några nya innehållslösa inslag, för att upprätthålla vägen prydlighet._upload / 54869 / 54869fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3: Pathway indexformulär. Vägen index erbjuder en samling av för närvarande existerande vägar och en sökruta att fråga efter specifika vägar. Vägar kan filtreras med namn, typ, art, och skapare med filterfältet högst upp i indextabellen. De kan också sökas med namn i sökfältet längst upp på sidan. Öppnandet av "Avancerad sökning" ger mer specifika sökningar genom kombinationer av biologiska tillstånd, typ, art, förening, och protein. Den avancerade sökningen möjliggör användning av AND, OR och NOT logiska operatorer för att skapa komplexa frågor. Varje väg har 5 knappar: "Show", "Redigera", "Rita", "förstör" och "replikera". "Visa" -knappentillåter visning av banan med hjälp av Viewer. "Redigera" -knappen tillåter redigering av vägen metadata, inklusive namn, typ, art, beskrivning och referens. Knappen "Draw" tillåter redigering av duken innehåller vägen. Knappen "Destroy" medger avlägsnande av vägen från databasen (om användaren har tillåtelse). Den "Replikera" -knappen tillåter replikering av valda vägen. "Föregående" och "nästa" knappar tillåter användaren att navigera mellan sidorna i vägar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4: Skapa ny väg Form. Knappen "Ny Pathway" (se figur 3) leder till den väg form som visas här. Denna form innehållerfält för vägen namn, typ, art, och en beskrivning. "Ny Pathway" -knappen kan också en att starta från en befintlig väg och lägga till referenser. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5: Skapa nytt svarsformuläret. Länken "Lägg Process" tillåter användare att lägga till en ny process, såsom en reaktion eller bindande händelse. Lägga till en process skapar en reaktion modell, som kan genereras och tillföras Pathway diagram reaktions visualiseringar. Reaktions modell och visualisering är separata enheter. (A) reaktion fält tillstånd att söka efter en befintlig reaktion av reaktant, produkt eller enzym. Fält tillåter biologisk statliga söker och välja en befintlig Biological tillstånd. När en reaktion väljs, kan motsvarande enzymerna tillsättas med hjälp av "Lägg till Enzyme" -knappen, som kommer att ta upp ett enzym Komplettera automatiskt rutan. De gör alternativ tillåter användaren att välja den riktning de önskar att reaktionen göras. En ny reaktion kan skapas genom (b) "New Reaction" -knappen, vilket leder till en ny reaktions formulär där element och enzymer kan tillsättas. När alla fält är ifyllda, kan reaktionen skapas genom knappen "Skapa Reaction". Om du vill redigera den underliggande reaktions modellen bör avsluta vägen illustratör, gå till reaktions index, och hitta och redigera reaktionen där. För att förhindra dataavvikelser och oavsiktligt förändra befintliga vägar, är det inte möjligt att ändra reaktanter / produkter eller avlägsna enzymer från en reaktions modell om det redan har visualiseringar i befintliga vägar. Således, redigera reaktions modellen inte automatiskt uppdatera befintlig reaktionvisualiseringar. För att ändra en reaktionsmodell måste man lägger till motsvarande visualisering för att vägen schema för att ändringarna ska visas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 6
Figur 6: Pathway Viewer. De översta knapparna högra tittaren gränssnittslösningar ger grundläggande navigering, zoomning, och skärmen växla åtgärder. Den centrala visnings visar vägen som kan navigeras genom att klicka och dra, eller zooma med hjälp av en mus. Vägen element som visas är hyperlänk till andra vägar och databaser (t.ex. HMDB, DrugBank, UniProt). Sido menyraden visar en beskrivning av vägen med referenser som tillhandahålls av användaren. Sidomenyn visar också flikar "Highlight", "Analysera", "Görwnloads "och" Inställningar ". Den" Highlight "fliken kan föreningar och enzymer som skall väljas och markeras i rött. Den" -fliken Analysera "gör att data experimentell koncentrations som skall införas, som sedan mappas till vägen med hjälp av en färgtoning. "Downloads" fliken finns länkar till motsvarande nedladdningsbara bildfiler och data utbyta filer. PNG-filen är en mindre icke-vektor bildfil. SVG + BioPAX länkar ger större vektorbildfiler med inbäddad BioPAX för maskin läsbarhet. den BioPAX, SBML, SBGN och PWML länkar ger olika maskinläsbara format. fliken "Inställningar" låter för visuell anpassning av den visade vägen bilden. klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 7
Figur 7: Metabolic Pathway Image. Detta är ett exempel på en "traditionell" metaboliska vägen som beskriver biosyntesen och nedbrytning av en särskild förening (D-serin). Huvudmetaboliten är placerad i centrum av duken och reaktions- och transport pilar (kanter) visar flödet av den reaktionsvägen. Kanter och element kan automatiskt vara "snäpps" tillsammans, dvs ansluten. Element snappunkter indikeras med transparenta röda cirklar på elementet sidor och kant start / slutpunkter representeras av transparenta grå cirklar på kantändar. Snappunkter vänder en genomskinlig grön när svävade över, och en fast grönt sken när vald. För att fästa en kant till ett element, först klicka på antingen kanten start / slut eller elementet snappunkten (det blir fast grönt). Klicka sedan på kanten start / slut eller elementet snappunkten som behöver anslutas. Kanten kommer automatiskt att ansluta sig till snappunkten, och vara ansluten until det bort (genom att dubbelklicka på kanten och dra slutpunkten bort, eller ansluta den till en annan snappunkten). Det är viktigt att vara uppmärksam på oavsiktligt välja snappunkter, eftersom detta kan få oavsiktliga konsekvenser när man försöker flytta kanter runt. Den fasta gröna färgen på utvalda snappunkterna är tänkt att varna användaren att knäppa poäng de har markerade. Snappunkterna kan väljas bort genom att klicka på dem en andra gång. Kanter kan också kopplas till sina ursprungliga element. När en kant är vald besöker "Edit Selected" menylänken och sedan på länken "Redigera Edge". Detta kommer att ta upp alternativ för att automatiskt ansluta kanten i olika riktningar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 8 <br /> Figur 8: Sjukdom Pathway Image. Detta är ett exempel på en sjukdom väg som visar vilka organ som drabbas av sjukdomen (Sarkosin Oncometabolite vägen). Ytterligare bildelement används för att skildra den ökning eller minskning av de metabolitkoncentrationer och deras ackumulering eller avledning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 9
Figur 9: Drug Pathway Image. Detta är ett exempel på ett läkemedel väg som visar organ där läkemedlet metaboliseras (Ibuprofen vägen). Den färg som omger läkemedlet metaboliten brukar avbildas som rosa. Klicka här för att se en större version av denna siffra.


Figur 10: Protein signalväg Image. Detta är ett exempel på en signalväg som visar en samling av signalering reaktioner mellan olika proteiner (EGFR-vägen). Proteiner kan avbildas med flera färger och de kan representeras antingen av proteinet namn eller subenhet namnet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 11
Figur 11: Färgrik vs enkla Pathway bilder. Färgrik vägar kan genereras med rik biologisk sammanhang antingen en vit eller blå bakgrund (a). Folatmetabolismen visas här. Enkla, Kegg-liknande banor kan också vara generated med användning av en enkel svartvit representation (b). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 12
Figur 12: Suboptimal Pathway Image. En bild som visar vad en suboptimal väg (TCA Cycle) ser ut. Överlappande element och korsar kanter gör vägen obegriplig. Detta kan hända om reaktionselementen är inte noga eller korrekt manipuleras på duken. Manipulera element för att få mer än två olika malltyper för föreningarna (stora, medelstora, små förening Visualisering eller drog visualisering Cofactor visualisering, enkel Bottom, Left Höger eller Top Visualization) leder till flera bild inkonsekvenser. Malltyper visas i steg 1.15.2. Inte ansluta the kanter påverkar flödet av bilden vilket leder till dåliga tolkningar av reaktionsvägen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

PathWhiz vela PathVisio pathway Verktyg VisANT
Webbserver Ja Nej Nej Nej Nej
installerbar Program Nej Ja Ja Ja Ja
proteinPathWays Ja Ja Ja Nej Ja
metaboliska vägar Ja Ja Ja Ja Ja
Spara som PNG / JPG Ja Ja Ja Nej Nej
Spara som HTML Ja Nej Nej Ja Nej
Spara som SVG Ja Ja Ja Nej Ja
Spara som PDF Ja Ja Ja Ja Ja
Spara som BioPAX Ja Ja Ja Ja Ja
Spara som SBML Ja Ja Ja Ja Ja
Spara som SBGN-ML Ja Ja Ja Nej Nej
identifierare Mapping Ja Ja Ja Ja Ja
membran Rendering Ja Nej Nej Nej Nej
organell Rendering Ja Nej Nej Nej Nej
organ~~POS=TRUNC Rendering Ja Nej Nej Nej Nej
Färg Rich Images Ja Nej Nej Nej Nej
pathway Beskrivning Ja Nej Nej Ja Nej
Pathway DB Link Ja Nej Ja Ja Nej
pathway Slutledning Ja Nej Nej Ja Nej
Expt. dataöverlagring Nej Ja Nej Ja Ja
pathway Analys Nej Ja Ja Ja

Tabell 1: Jämförelse av funktioner. En jämförelse funktion av flera gemensamma vägen redigering / rendering verktyg.

Kompletterande fil 1: Exempel på TCA Programbeskrivning för PathWhiz Pathway. Klicka här för att hämta kompletterande fil.

Discussion

Protokollet som beskrivs här för att skapa en enkel metaboliseringsväg (TCA-cykeln) kan anpassas för att skapa ett brett utbud av maskinläsbara, biologiskt komplexa vägar för alla arter. Dessutom detta protokoll beskrivs också hur man kan replikera eller propagera befintliga vägar som skapats av andra användare. Konstruera en väg med hjälp av det här verktyget kräver upprepade steg-för-steg tillsatser av reaktioner, interaktioner, transportprocesser, och under vägar, som var och en är förbundna med överlappande element. Att sätta alla dessa tillsammans gör att man kan skapa färgstarka, visuellt tilltalande pathway diagram som ger stor biologisk detaljer och användbar biologisk sammanhang. De steg som beskrivs i detta protokoll är relativt enkla, och den tid det tar att bygga en väg schema beror på storleken och komplexiteten av vägen. Med lite övning kan de flesta individer göra en hög kvalitet väg schema bestående av ca 15-20 reaktioner eller processer end flera cellulära komponenter i ca 15 min. En helt ny användare kan ta upp till 30-40 minuter för att generera en väg av liknande storlek och komplexitet. Den tid som behövs för att generera en väg är ungefär linjärt med antalet reaktioner / processer som måste återges.

Skapa en högkvalitativ väg genom detta webbaserade verktyg beror på kvaliteten och detaljer i källmaterialet (vägar från böcker, online-databaser, experimentella data, handritade skisser) och valarbetare av vägen "artist". De som vill generera högre kvalitet pathway diagram bör ägna särskild uppmärksamhet åt sektioner 1,11, 1,15 och 1,20 i protokollet, eftersom dessa avsnitt beskriver skapa och redigera reaktionselement (reaktanter / produkter, enzymer, kanter, bilder, zoom lådor, etiketter, och membran). De bästa pathway scheman kommer intelligent slå samman information från så många befintliga representationer av vägen som möjligt, inklusive de som finns i Books, affischer, papper och online-databaser. En annan nyckel till att generera högkvalitativa vägar noggrant kontrollera riktigheten av reaktionerna innan du skapar en reaktion (genom avsnitt 1.11 i protokollet). Att ta sig tid och ansträngning för att se till att reaktanter, produkter och enzymer som är involverade (av vilka många redan finns i PathWhiz stora databas) är rätt för varje art är mycket viktigt. Det är också viktigt att vara medveten om den cellulära lokaliseringen av reaktionerna och att inkludera viktiga cellulära eller subcellulära komponenter för att ge rätt biologiska sammanhang. Detta kan göras genom att kontrollera och bekräftar reaktionen genom online-databaser såsom UniProt. Med all den information som krävs till hands, tillsammans med en grov, handritade skiss av vägen som ska skapas kommer att kraftigt minska antalet fel och den totala tid som tillbringas på ritning eller rendering.

Som väntat kommer större och mer komplexa vägar tar längre tid att göra, particbundet, om de önskade elementen och processer inte redan finns i PathWhiz databas. När man arbetar med större vägar, är det oftast klokt att byta från Spara automatiskt läget till det manuella sparläge, för att förhindra en lång fördröjning mellan åtgärder. Vid replikering en väg, den tid användaren kan vänta på vägen som skall genereras beror på antalet element i reaktionsvägen. De flesta vägar kan replikeras i ca 1-2 minuter. När föröknings en väg, framgångsrik tolkning av den nyligen förökade vägen beror på hur lika de två arterna är som PathWhiz använder BLAST 17 sekvens söker att hitta homologa enzymer mellan arter. Större vägar kommer att vara långsammare att propagera eftersom BLAST måste köras på ett större antal enzymer. Att försöka att sprida vägar mellan betydligt olika arter (säga mellan jäst och människor) kommer att resultera i vägar som återges med ett antal okända proteiner. Dessa "avlägset" propagated vägar kräver vanligen ytterligare manuell redigering. På grund av den mycket visuell karaktär pathway scheman och detaljer som kan föras till en väg, är det alltid en bra idé att arbeta på en dator med en ganska stor skärm (> 20 inches eller> 50 cm) och en bra internetuppkoppling (> 5 Mbps).

Om problem med rendering eller skärm uppfriskande påträffas, kan användaren behöva göra en liten mängd felsökning. Om en stor, komplex väg tar för lång tid att uppdatera, kan användaren behöva uppdatera sidan. Om en väg inte fortplanta sig som förväntat, kan användaren behöva göra några manuell redigering för att se till att alla element visas korrekt. Dessutom, som ett mer specifikt exempel, om delar av en reaktion inte visas, kan användaren måste se till att alla delar eller enzymer är korrekt vald och kanterna är inte dolda. länk på huvudrubriken "Hjälp" kan vara användbart om ett problem uppstår. En handledning ärtillgänglig under "Tutorial" -fliken och en användarmanual är tillgänglig under fliken "User Guides". Båda förklara många av verktygets funktioner i detalj. Användarhandboken kan användas för att felsöka eller förklara eventuella begränsningar för en viss funktion, till exempel när en användare låser en väg och senare vill ändra det.

Som framhålls genom detta protokoll och genom exemplen i de bifogade figurerna, erbjuder detta verktyg ett antal unika funktioner som inte finns i någon (eller de flesta) andra verktyg väg ritning (se tabell 1). För det första är det helt webbaserad och helt plattformsoberoende. För det andra, stöder rendering och enkel generering av mångfärgade, biologiskt komplexa, visuellt tilltalande, fullt hyperlänkade pathway diagram som också kan omvandlas till maskinläsbara format (BioPAX, SBGN-ML 18, SBML 19, PWML 14). Tredje, pathway diagram släktenaTed detta verktyg kan bläddras, sökt, utvalda och lätt utforskas genom en enkel att använda online-databas och visningsgränssnitt. För det fjärde banan verktyg för att stödja samhället pathway bidrag, vilket möjliggör "-systemet publiken sourcing" som uppmuntrar utbyte och generering av nya vägar och ny väg element.

Vägar som genereras av detta webbaserade verktyg kan användas för en mängd olika tillämpningar. Rikt detaljerade, fullt hyperlänkade vägar lätt kan integreras i organismspecifika databaser för proteomik, metabolomik och systembiologi applikationer. Internet tillgängliga vägar är särskilt användbara för utbildningssyfte, eftersom detaljerna tillgängliga via webbaserade bilder är ofta mycket större än vad som kan visas via en statisk bild eller genom en enda lärobok eller journal sidan. Detta webbaserade verktyg stöder också generering av pathway representationer som är mer lämpade för utskrift och publicering.Som ett resultat av många bilder som genereras av denna webbaserat verktyg som förekommer i tidningar, affischer och presentationer. Exporterar vägar till textbaserade datautbyte filformat (t.ex. BioPAX och SBML) gör det möjligt för vägar som genereras med hjälp av denna webbservern för att användas direkt i beräknings analys för systembiologi eller metaboliska modelleringsapplikationer. Föröknings vägar mellan arter gör slutsatser göras om biologiska processer, särskilt bland de arter som har mycket nyligen sekvenserats. Även om inte alla befintliga vägar finns för närvarande i PathWhiz, fortsätter sin offentliga väg databas för att växa, vilket leder till uppkomsten av nya, folkmassa anskaffas pathway samlingar. Dessa samlingar kommer inte bara att vara lätt utvidgas till nya arter, de kommer förhoppningsvis att leda till en djupare förståelse för deras unika biologi och biokemi.

Disclosures

Författarna har ingenting att lämna ut.

Acknowledgments

Författarna vill tacka den kanadensiska Institutes of Health Research (CIHR) och Genome Alberta, en division av Genome Canada, för ekonomiskt stöd.

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 webbverktyg för att generera hög kvalitet maskinläsbara biologiska 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