| Cytoscape | |
|---|---|
| Tip de | Procesarea imaginii |
| Autor | Institutul de Biologie a Sistemelor |
| Scris in | Java [1] |
| Sistem de operare | macOS , Microsoft Windows și Linux |
| Prima editie | 2002 |
| Platformă hardware | Mașină virtuală Java |
| ultima versiune | |
| Licență | GNU LGPL [3] |
| Site-ul web | cytoscape.org _ |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Cytoscape ( [ˌsaɪtə(u)'skeɪp] , sitescape , în argou bioinformatic rus - cytoscape ) este o platformă de bioinformatică open source concepută pentru a vizualiza rețele de interacțiuni moleculare și căi biologice cu posibilitatea de a utiliza date suplimentare, cum ar fi adnotare funcțională, informații despre nivelul expresiei genelor și altele. În ciuda faptului că Cytoscape a fost dezvoltat inițial pentru cercetarea biologică, acum este utilizat pe scară largă pentru a rezolva diverse probleme de analiză și vizualizare a rețelei [4] .
Cytoscape a fost dezvoltat la Institutul de Biologie a Sistemelor din Seattle în 2002. Prima versiune a programului, Cytoscape 0.8 [5] , a fost lansată în iulie 2002, urmată de versiunile 0.9 și 1.0 în noiembrie 2002 și, respectiv, martie 2003. Seria 2.0 a fost actualizată din 2004 până în 2012, după care seria 3.xx a fost lansată în 2013. Ultima actualizare majoră a programului a fost lansată în 2014 odată cu lansarea Cytoscape v3.3, care a reorganizat principalele modele de date interne și a îmbunătățit semnificativ suportul pentru aplicații și pluginuri terțe [6] .
Înainte de versiunea 3.3, Cytoscape consta dintr-un nucleu și pluginuri suplimentare. Începând cu versiunea 3.3, unele caracteristici ale Core au fost împărțite în pluginuri de bază. Nucleul este codul care organizează, afișează, citește și scrie rețelele, dar nu conține funcții biologice. Pluginurile de bază sunt module preinstalate care îndeplinesc alte funcții decât Core, dar sunt necesare pentru a utiliza Cytoscape. Spre deosebire de versiunile anterioare ale Cytoscape, funcționalitatea de bază a pluginului poate fi actualizată fără a lansa o nouă actualizare majoră Cytoscape [6] . Există și pluginuri suplimentare (disponibile în App Store) care vă permit să efectuați anumite sarcini [7] . Începând cu versiunea 3.6.1, Cytoscape instalează automat cea mai recentă versiune de Java pentru a lucra cu [6] .
Programul este acum susținut de Consorțiul Internațional Open Source . Până în prezent, cea mai recentă versiune a Cytoscape este versiunea 3.8. Conține îmbunătățiri de performanță și redare și integrare îmbunătățită a serviciului NDEx. Noua versiune are capacitatea de a fi utilizată pentru analiză reproductibilă de mare debit, rețele multiscale, rețele de interacțiuni proteină-proteină , analiză omică accesibilă [6] .
Unul dintre planurile pe termen lung este de a integra strâns Cytoscape și NDEx, astfel încât utilizatorii să își poată descărca și stoca în mod natural rețelele folosind serviciul NDEx [6] .
Cytoscape exportă în prezent rețeaua ca fișier care poate fi folosit ca material suplimentar pentru un articol de jurnal. Vizualizatorul de articole online al editorului revistei este liber să afișeze rețeaua într-un vizualizator interactiv care permite utilizatorului să mărească în rețea și să mute nodurile [6] .
În ciuda faptului că mediul de simulare Cytoscape a fost dezvoltat pentru sarcini biologice, acest program poate fi aplicat în multe alte domenii [4] .
În biologie
|
Exemple specifice din articolele din 2019 :
|
În sociologie
|
Analiză cuprinzătoare a rețelei |
Partea principală a Cytoscape [4] este un grafic de rețea cu specii moleculare ca noduri (vertice) și interacțiuni intermoleculare ca legături (margini) între noduri. Cytoscape Core oferă funcționalitate de bază pentru integrarea datelor arbitrare pe un grafic, vizualizare grafică și date integrate, instrumente de selecție și filtrare și o interfață cu metode externe implementate ca plug-in-uri [11] .
Vizualizare rețeaÎn Cytoscape [4] , sunt posibile diverse moduri de reprezentare vizuală a rețelelor (grafice): ciclică, sub formă de arbore, direcționată cu forța [12] , etc. Utilizatorul poate organiza și în felul său rețeaua analizată. Nivelurile de expresie și valorile p suprapuse pe rețea pot fi afișate ca culoarea vârfurilor sau a muchiilor, grosimea sau culoarea liniilor de margine etc. Utilizatorul poate folosi scheme de vizualizare gata făcute și le poate personaliza independent [13] .
Integrarea datelorDatele sunt integrate cu modelul grafic folosind atribute ( Atribute ). Acestea sunt perechi (nume, valoare) care mapează numele nodurilor sau marginilor la anumite valori de date. Valorile atributelor pot fi de orice tip (de exemplu, șiruri de text, numere discrete sau continue, URL-uri sau liste) și sunt fie încărcate dintr-un depozit de date, fie generate dinamic într-o sesiune. Browserele grafice permit utilizatorului să vizualizeze toate atributele nodurilor și marginilor selectate [14] .
Adnotări de trecereÎn timp ce un atribut este un nod sau un predicat de margine, o Adnotare reprezintă o clasificare ierarhică (adică, în mod formal, un grafic direcționat fără cicluri) a descrierilor de noduri sau grupuri de margini. Adnotările corespund de obicei unui depozit de cunoștințe existent, care este mare, complex și relativ static. Cytoscape combină adnotările cu alte tipuri de date de rețea, trecând nivelurile de adnotare dorite pe atributele nodului sau marginii. Folosind un controler de adnotare, este posibil să aveți mai multe niveluri de adnotare active și afișate în același timp, fiecare ca un atribut separat pe nodurile sau marginile necesare [15] .
Vizualizare graficăUnul dintre cele mai fundamentale instrumente pentru interpretarea datelor de interacțiune moleculară este vizualizarea nodurilor și marginilor ca o rețea 2D. Cytoscape acceptă o varietate de algoritmi automati de aranjare a rețelei, inclusiv layout-uri ierarhice și circulare [16] .
Vizualizare atributeVizualizarea unor atribute precum expresia genelor și valoarea p . Cytoscape acceptă o gamă largă de proprietăți vizuale, cum ar fi culoarea nodului, forma și dimensiunea, culoarea și grosimea marginii nodului, culoarea marginilor, grosimea și stilul. Vizualizarea atributelor are loc folosind un tabel de căutare sau o interpolare, în funcție de faptul că atributul este discret sau continuu [15] .
Găsirea și filtrarea părților unui graficPentru a reduce complexitatea unei rețele cu interacțiune moleculară mare, este necesar să afișați selectiv subseturi de noduri și margini. Nodurile și marginile pot fi selectate în funcție de o gamă largă de criterii, inclusiv selecție după nume, listă de nume sau atribut. Interogările de selecție a rețelei mai complexe sunt acceptate cu un set de instrumente de filtrare care include un filtru de vecin minim care selectează noduri cu numărul minim de vecini la o anumită distanță în rețea; un filtru local de distanță care selectează noduri la o distanță dată dintr-un grup de noduri preselectate; un filtru combinat care selectează nodurile în mod arbitrar și/sau folosind combinații de alte filtre și altele. Cytoscape vă permite să căutați vârfuri sau muchii după numele lor [16] [17] .
Selectarea vârfurilor sau a muchiilorUtilizatorul poate selecta o subrețea de vârfuri și/sau muchii care au unele proprietăți. De exemplu, utilizatorul poate selecta toate nodurile care au un grad mai mare decât un prag stabilit, au o adnotare funcțională specifică sau toate nodurile care reprezintă gene al căror nivel de expresie s-a schimbat mult în cel puțin un experiment în funcție de valoarea p încărcată. împreună cu datele de nivel de expresie. Utilizatorul poate crea o nouă rețea selectând o parte din cea anterioară [16] .
Căutați module și clustereCând explorează rețelele de interacțiune a genelor, Cytoscape face posibilă căutarea regiunilor individuale care constau din gene cu activitate de expresie ridicată. Mai mult, în orice obiect studiat, este posibil să se caute zone cu o conectivitate mare de elemente, sau clustere [16] .
Suport pentru multe formateCytoscape acceptă multe formate standard care transmit interacțiuni moleculare și adnotările acestora: SIF (Simple Interaction Format), GML, XGMML, BioPAX, PSI-MI, GraphML , KGML (KEGG XML), SBML, OBO și Gene Association. Fișierele text delimitate, precum și formatul Microsoft Excel sunt acceptate de program. Utilizatorul poate importa fișiere care conțin date despre nivelurile de expresie a genelor și adnotarea GO , poate încărca și salva atribute arbitrare pe vârfurile și marginile rețelei (grafic). De exemplu, vârfurilor care denotă proteine pot fi atribuite funcția lor, iar marginile care denotă interacțiuni între proteine, fiabilitatea acestor interacțiuni, aceste informații pot fi obținute din baza de date STRING [16] .
InteroperabilitateDatorită faptului că Cytoscape acceptă o gamă largă de formate, acesta poate fi ușor combinat cu alte programe. De exemplu, dacă un utilizator a lucrat cu rețele în programele igraph sau Bioconductor, Cytoscape poate descărca fișierele de ieșire ale acestor programe, poate analiza și salva rezultatele, de exemplu, în format PSI-MI, care pot fi apoi utilizate pentru procesare de către alte programe sau scripturi bioinformatice [16] .
Comunicarea cu baze de date externeCytoscape se poate conecta direct la baze de date terțe, rețele de descărcare și adnotări. Exemple de baze de date utilizate: Pathway Commons, IntAct, BioMart, NCBI Entrez Gene [16] .
Salvarea unei sesiuniStarea curentă de lucru poate fi salvată ca fișier de sesiune, care include toate setările, rețelele analizate, vizualizarea acestora, stilurile, starea ferestrei de lucru, plug-in-uri etc. Fișierul de sesiune are Cytoscape Session (.cys) extensie [16] .
Salvarea imaginilorCytoscape vă permite să salvați imagini la calitate înaltă. Acceptă următoarele formate: PDF , PS , SVG , PNG , JPEG și BMP [16] .
VizualizareVizualizarea rețelelor în Cytoscape este facilitată de posibilitatea de a mări și micșora imaginile, de a le derula și de a edita manual. Pentru a face mai ușor lucrul cu rețele uriașe (de exemplu, cele care conțin mai mult de 100.000 de vârfuri sau margini), există o fereastră „de vedere de pasăre” [16] .
Manager de aplicații și Cytoscape App StoreAplicații pentru studiul rețelelor și profilelor moleculare sunt disponibile pentru acest program. Cytoscape este construit pe platforma Java, astfel încât să puteți crea aplicații suplimentare pentru importul, analiza și vizualizarea datelor. Multe aplicații sunt disponibile în Cytoscape App Store. Majoritatea aplicațiilor pot fi instalate utilizând App Manager sau direct din App Store [18] [16] .
Suport pentru alte limbiCytoscape utilizează un standard de codificare a caracterelor pe 2 biți. Puteți utiliza orice limbă în fișierele de date. Multe caracteristici și aplicații Cytoscape acceptă mai multe limbi, inclusiv rusă și est-asia [16] .
Pluginurile sunt extensii puternice pentru implementarea de noi algoritmi, analize suplimentare de rețea și semantică biologică. Pluginurile accesează modelul rețelei de bază și pot controla, de asemenea, modul în care este afișată rețeaua. În timp ce Cytoscape Core este un software open source , pluginurile sunt software separate care pot fi acoperite de orice licență, în funcție de autorii pluginurilor [19] [16] .
WikiPathwaysWikiPathways este o bază de date de căi biologice întreținută de comunitatea științifică. Fiecare cale din baza de date este prevăzută cu identificatori care pot fi utilizați pentru calcule și vizualizarea datelor. Pluginul WikiPathways pentru Cytoscape este disponibil din App Store [20] .
Creator de legendePlugin pentru crearea de legende în Cytoscape. Se adaugă un panou de control care poate scana web și foaia de stil pentru a genera o legendă pentru fiecare caracteristică. Funcția sa principală este de a adăuga un gradient de culoare pentru a cuantifica valoarea atributelor [21] [22] .
GNCGNC este un nou plug-in Cytoscape pentru evaluarea coerenței biologice a rețelelor de gene prin comparație cu cel standard. Pluginul GNC folosește algoritmul GNC pentru a evalua coerența biologică a rețelelor de gene. Pluginul a fost integrat în Cytoscape pentru a crește disponibilitatea algoritmului pentru utilizatori. Această integrare a permis utilizatorului să analizeze nu numai consistența biologică globală a rețelei, ci și consistența biologică la nivelul relațiilor genelor. Acest lucru permite utilizatorului să folosească Cytoscape pentru a analiza și vizualiza în continuare rețelele [23] .
ReNEReNE este un plugin Cytoscape 3.x conceput pentru a îmbogăți automat o rețea standard de reglementare bazată pe gene cu date transcripționale , post-transcripționale și translaționale mai detaliate . Rezultatul este o rețea extinsă care modelează mai precis mecanismele de reglementare biologice reale. ReNE poate importa automat un aspect de rețea din Reactome sau KEGG sau poate lucra cu căi personalizate descrise folosind formatul de date standard OWL/XML pe care procedura de import Cytoscape îl acceptă. În plus, ReNE permite cercetătorilor să combine mai multe căi care provin din surse diferite. Rețeaua extinsă rezultată este încă o rețea Cytoscape complet funcțională în care fiecare element de reglare ( factor de transcripție , miARN , genă , proteină ) și mecanism de reglare (reglare în sus/reglare în jos) sunt identificate în mod clar vizual, permițând o mai bună înțelegere vizuală a rolului lor. și impactul asupra comportamentului rețelei. Rețeaua avansată creată de ReNE este exportată în diferite formate pentru o analiză ulterioară prin aplicații terțe. ReNE extinde rețeaua integrând doar date din surse disponibile public, fără concluzii sau predicții [24] .
NOANOA este un plugin Cytoscape utilizat pentru analiza ontologiei rețelei . Algoritmul NOA implementat se bazează pe îmbogățirea rețelei, prin extinderea adnotărilor Gene Ontology la legături către rețele sau margini ale graficului. Acest plugin facilitează analiza uneia sau mai multor rețele Cytoscape în funcție de parametrii specificați de utilizator. Plug-in-ul prezintă rezultatele sub formă de tabele și generează, de asemenea, hărți termice și compilează o prezentare generală a rețelelor din Cytoscape [25] .
Cluster MakerClusterMaker este un plugin Cytoscape care implementează mai mulți algoritmi de clusterizare și vizualizare care pot fi utilizați independent sau în combinație pentru a analiza și vizualiza seturi de date biologice și pentru a valida sau genera ipoteze despre funcția biologică. Pluginul oferă rezultate sub forma unei rețele, dendrograme și hărți termice [26] .
CytoClusterCytoCluster este un plugin Cytoscape pentru analiza cluster a rețelelor biologice. CytoCluster integrează șase algoritmi de grupare. Și anume: HC-PIN (Algorithm for Hierarchical Clustering of Protein Interaction Networks), OH-PIN (Identification of Overlapping and Hierarchical Modules of Protein Interaction Networks), IPCA (Algorithm for Identification of Complex Proteins), ClusterONE (Clustering with Overlapping Neighbor Extension) , Funcția DCU (Detecție complexe bazate pe modelul grafic nedefinit), IPC-MCE (identificarea complexelor proteice pe baza complexului de expansiune maximă) și BinGO (ontologia genică a rețelelor biologice). Utilizatorul poate alege oricare dintre algoritmii de clustering enumerați în funcție de cerințele lor. Funcția principală a acestor șase algoritmi de grupare este de a detecta complexele proteice sau modulele funcționale. Mai mult, BinGO poate fi folosit pentru a determina ce categorii de gene ontologie (GO) sunt reprezentate statistic de mai multe ori într-un set de gene sau subgraf de rețea biologică [27] .
StringAppSTRING este una dintre cele mai populare surse de rețele de proteine, dar interfața sa web este destinată în principal testării rețelelor mici și a dovezilor aferente. Software-ul Cytoscape este mult mai potrivit pentru rețelele mari și oferă mai multă flexibilitate în ceea ce privește analiza rețelei, importul și vizualizarea datelor suplimentare. În acest sens, a fost creat pluginul stringApp, care combină Cytoscape STRING. Acest lucru simplifică importul STRING-urilor în Cytoscape, păstrează aspectul și senzația multor caracteristici STRING și integrează datele din bazele de date aferente [28] .
CyClust3DCyClust3D este un plugin pentru gruparea motivelor rețelelor integrate în rețele. Algoritmii tradiționali de grupare a graficelor nu pot detecta structuri topologice dense sau module funcționale în care sunt colectate motivele rețelelor integrate în rețelele moleculare. Pluginul CyClust3D face posibilă detectarea unor astfel de module prin gruparea motivelor de rețea compuse cu trei noduri folosind algoritmul de clustering spectral 3D [29] .
PiNGOPiNGO este un plugin Cytoscape pentru găsirea de gene candidate pentru rețelele biologice. PiNGO este un instrument pentru screeningul rețelelor biologice pentru gene candidate, adică gene despre care se preconizează că vor fi implicate într-un proces biologic de interes. Utilizatorul poate restrânge căutarea la gene cu funcții cunoscute specifice sau poate exclude gene care aparțin anumitor clase funcționale. PiNGO oferă suport pentru o mare varietate de organisme și scheme de clasificare a ontologiei genelor și poate fi ușor personalizat pentru alte organisme și clasificări funcționale [30] .