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实习6 系统生物学软件实习 网络结构显示与分析 王美霞岳二魁刘杰李超 系统生物学平台 SBP 浙江加州国际纳米技术研究院 ZCNI 内容提纲 背景介绍熟悉Cytoscape软件界面和操作 熟悉网络文件格式导入网络数据 插件下载安装和使用网络模型分析 Integratedgenomicandproteomicanalysesofasystematicallyperturbedmetabolicnetwork Ideker T Thorsson V Ranish J A Christmas R Buhler J Eng J K Bumgarner R Goodlett D R Aebersold R andHood L 2001 Science 292 929 934 MicroarrayDataSample Cytoscape 开源的系统生物学网络分析软件www cytoscape org Cytoscape 开源的生物信息学软件平台anopensourcebioinformaticssoftwareplatform可视化Visualizingmolecularinteractionnetworksandbiologicalpathways数据整合Integratingnetworkswithannotations geneexpressionprofilesandotherstatedata应用程序Appsareavailablefornetworkandmolecularprofilinganalyses newlayouts additionalfileformatsupport scripting andconnectionwithdatabases Cytoscape目前最新版本 3 2 1 Cytoscape Cytoscape3 2 1可由 http chianti ucsd edu cytoscape 3 2 1 Cytoscape 3 2 1 windows 32bit exe 下载得到 Cytoscape同时支持Windows Mac和Linux Unix Cytoscape基于java平台 需首先安装java运行环境 该软件可由 控制面板 网络视图区域 属性显示区域 工具栏 123YKR026CppYGL122CYGR218WppYGL097WYGL097WppYOR204WYLR249WppYPR080WYLR249WppYBR118WYLR293CppYGL097WYMR146CppYDR429CYDR429CppYFL017CYPR080WppYAL003WYBR118WppYAL003WYOL123WppYGL044CYPL211WppYGR014WYJL030WppYGL229C pp 可用写字板打开相互作用网络文件 sif格式 左右两列 1和3列 分别是两个有相互作用关系的蛋白名字中间的 pp 第2列 为蛋白蛋白相互作用文件可用excel自建 在导入完毕后 左边控制面板显示该网络信息 该网络有331个节点 目标基因 和362条边 相互作用 通过工具栏图标或者菜单栏的 Layout 可以改变网络的显示方式 导入表达数据库 在控制面板的Select页面 新建过滤器 并设置筛选阈值 通过Select Nodes FirstNeighborsofSelectedNodes进一步筛选节点 通过File New Network FromselectedNodes alledges生成一个新的子网络图 并通过File Export NetworkViewasgraphics导出子网络图 Cytoscape Apps Networkgenerationgins 用来获得网络Networkanalysis 用来分析网络网络推理插件 NetworkInferencePlugins 用于推理新网络功能增强插件 FunctionalEnrichmentPlugins 用于网络功能增强通讯 脚本插件 Communication ScriptingPlugins 用于通讯和或编辑Cytoscape脚本其他 不属于以上任何一种 下载地址 http apps cytoscape org Cytoscape插件安装 Appsstore地址 http apps cytoscape org Cytoscape插件安装 插件安装后 插件安装前 Cytoscape插件管理 GO GeneOntology GeneOntology在 功能类 的层面上概括了基因参与的生命过程 在基因表达谱分析中 GO常用于提供基因功能分类标签和基因功能研究的背景知识 GeneOntology可以用来发掘与基因差异表达现象关联的 单个特征基因功能类 或 多个特征功能类 的组合 http www geneontology org 新建文件名字 勾选后 基因名字从下方输入 选择生物功能分类 选择生物种属 Integratedgenomicandproteomicanalysesofasystematicallyperturbedmetabolicnetwork Ideker T Thorsson V Ranish J A Christmas R Buhler J Eng J K Bumgarner R Goodlett D R Aebersold R andHood L 2001 Science 292 929 934 取名 Gal 逐一敲入gal1 gal7 以空格分开 点击运行 AgilentLiteratureSearch文献检索插件http apps cytoscape org apps agilentliteraturesearch 检索结果显示区域 检索内容 是否同时使用检索内容要求检索 生物种属 检索条件编辑区 运行控制按钮 检索关键词 是否同时检索别名 如何建立beta catenin p53 wnt5 ifnb nfatc il6六个基因在皮肤黑色素瘤 Melanoma 的发生发展中的相互作用网络分析模型 找到与输入检索内容相关的20篇最新文献 选中某个点 右键点击后可以查看与这个点相关的文献 选中某个点 右键点击后也可以链接到网上数据库查看相关信息 选择检索数据库 默认Pubmed 可同时或分别使用USPTO 同样的检索内容 共找到136篇最新的文献 专利等与输入检索内容相关 自动生成一个由632个节点组成的复杂网络 GeneMANIA http apps cytoscape org apps genemania GeneMANIA网络分类 共表达 基因表达数据 如果两个基因的表达水平在相关基因表达研究中是相似的 那它们就是共表达 大部分数据来源于GEO 而该插件只是从发表的文献中收集 物理相互作用 蛋白质互作数据 这些数据是从BioGRID和PathwayCommons数据库获取的 遗传学相互作用 即两个基因的产物功能上是相关的 干扰一个基因产生的影响可以通过干扰另一个基因而减弱 这些数据来源于相关研究和BioGRID数据库 共有蛋白质结构域 蛋白质结构域数据来源于InterPro SMART和Pfam数据库 共定位 即不同基因在同一组织中表达或者它们的蛋白质产物定位到同一区域 通路 如果两个基因的产物参与通路中的同一反应 那它们就是相关的 数据主要来源于Reactome BioCyc和PathwayCommons 预测 预测基因间的功能联系或者蛋白质互作 从插件菜单 Apps 中打开GeneMANIA插件 点击Search选项 就可以进入搜索页面了 当我们首次使用这款插件时 页面会显示 你没有安装任意一个数据库 所以要先安装数据库 这里我们选择第一个数据库 同时在下方的选项中选择 core 然后点击 Download 就可以下载了 当我们安装完数据库 再次点击 Search 就会进入下面的搜索编辑页面 页面上方会显示我们之前已安装的数据库 MRE11ARAD51MLH1MSH2DMC1RAD51AP1RAD50MSH6XRCC3PCNAXRCC2 将Genesymbol分行列举 每行一个 保存在文本文档中 使用时直接复制就可以 本次操作使用的基因列表如下 当程序运行完 就会出现下面的页面 主要分两部分 一部分是网络显示区域 一部分是结果面板 页面中的初始网络是很多网络的综合 比如蛋白质互作网络 遗传学互作网络 如果想把某一类网络单独分离出来 我们可以单击结果面板中的选项 比如 Co expression 同时 Co expression 下拉菜单中有很多子网络 也可以单击打开 如下图 当然网络中的节点和边都是有属性的 属性显示方法 即在属性显示面板中选择想要显示的节点属性或者边属性就可以了 选择属性以后 再点击网络 就会在属性面板显示网络包含的所有节点和边的属性了 点击结果面板的 Genes 结果面板的下方就会显示网络中包含的所有基因 其中绿色标注的是我们最初提交的基因列表 同时点击基因名称前的三角标志 就会在基因的下方显示相关注释 同样的 点击 Functions 就会显示在GO数据库的分子功能注释中 每一类功能所包含的基因 同时在网络显示区域用黄色将它们显示出来 如下图 最后我们通过 File Export NetworkViewasGraphics 将网络以 pdf或者 png的格式保存下来就可以了 下图是保存的Co expression网络 另外 我们可以通过结果面板下方的 Exportresults 把网络以文本形式导出 然后我们可以使用写字板打开浏览 应用实例 从已有网络数据库导入目标网络分析模型网络分析 Publicdatarepositories Protein proteininteractiondataBOND DIP MINT MIPS InACT Protein DNAinteractiondataBIND Transfac MetabolicpathwaydataBioCyc KEGG WIT Text mining coexpressionPre BIND Tmm http www ebi ac uk intact 1 从已有网络数据库导入目标网络分析模型 1 从已有网络数据库导入目标网络分析模型 在搜索框输入 PTEN 1 从已有网络数据库导入目标网络分析模型 搜索结果页面 选择XGMML Cytoscape 存为Cytoscape可读取文件 PTEN xml 得到的信息 目标基因和其它基因的相互关系网络结构可进行的下一步工作 确定研究基因基因表达研究蛋白质组学研究 1 从已有网络数据库导入目标网络分析模型 应用实例 从已有网络数据库导入目标网络分析模型网络分析 2 网络分析 G 2 G G PTEN PI3K PIP2 PIP3 GEFs RAC GDP Actinpolymerisation RAC GTP TheroleofPI3K PTENandRacincellmigration 2 网络分析 输入pi3k pten rac 输入migration 点击运行 运行结果 Layout yFilesLayouts Organic 2 网络分析 PI3K和PTEN基因缺陷的细胞中 进行基因表达实验 导入基因表达数据 pi3kptenrac pvals sampleData文件夹 2 网络分析 在PI3K和PTEN基因缺陷细胞中 rac1不成低表达状态 是否有其它信号传导途径 2 网络分析 输入和rac1相关的基因 点击运行 migration 2 网络分析 拖动节点rac1 发现在Migr