| Cytoscape | |
|---|---|
| Típusú | Képfeldolgozás |
| Szerző | Rendszerbiológiai Intézet |
| Beírva | Java [1] |
| Operációs rendszer | macOS , Microsoft Windows és Linux |
| Első kiadás | 2002 |
| Hardver platform | Java virtuális gép |
| legújabb verzió | |
| Engedély | GNU LGPL [3] |
| Weboldal | cytoscape.org _ |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
A Cytoscape ( [ˌsaɪtə(u)'skeɪp] , sitescape , orosz bioinformatikai szlengben - cytoscape ) egy nyílt forráskódú bioinformatikai platform , amely molekuláris kölcsönhatások és biológiai útvonalak hálózatainak megjelenítésére szolgál további adatok, például funkcionális annotáció, információ felhasználásának lehetőségével. a génexpresszió szintjéről és másokról. Annak ellenére, hogy a Cytoscape-et eredetileg biológiai kutatásokra fejlesztették ki, ma már széles körben használják különféle hálózatelemzési és vizualizációs problémák megoldására [4] .
A Cytoscape-et a seattle-i Rendszerbiológiai Intézetben fejlesztették ki 2002-ben. A program első verziója, a Cytoscape 0.8 [5] 2002 júliusában jelent meg, ezt követte a 0.9 és 1.0 kiadás 2002 novemberében és 2003 márciusában. A 2.0-s sorozatot 2004-től 2012-ig frissítették, ezt követően 2013-ban indult a 3.xx sorozat. A program utolsó jelentős frissítése 2014-ben jelent meg a Cytoscape v3.3 kiadásával, amely átszervezte a fő belső adatmodelleket, és jelentősen javította a harmadik féltől származó alkalmazások és bővítmények támogatását [6] .
A 3.3-as verzió előtt a Cytoscape egy magból és további beépülő modulokból állt. A 3.3-as verziótól kezdődően a Core egyes funkciói alapvető beépülő modulokra lettek osztva. A mag az a kód, amely hálózatokat szervez, megjelenít, olvas és ír, de nem tartalmaz biológiai funkciókat. A Core Pluginok olyan előre telepített modulok, amelyek a Core-on kívül más funkciókat is végrehajtanak, de a Cytoscape használatához szükségesek. A Cytoscape korábbi verzióitól eltérően a beépülő modul alapfunkciói új, jelentős Cytoscape frissítés kiadása nélkül frissíthetők [6] . Vannak további bővítmények is (elérhető az App Store-ban), amelyek lehetővé teszik bizonyos feladatok elvégzését [7] . A 3.6.1-es verzió óta a Cytoscape automatikusan telepíti a Java legújabb verzióját, hogy működjön együtt a [6] -kal .
A programot most a Nemzetközi Nyílt Forráskódú Konzorcium támogatja . A Cytoscape legújabb verziója a mai napig a 3.8-as verzió. Tartalmaz teljesítmény- és hálózati renderelési fejlesztéseket, valamint továbbfejlesztett NDEx-szolgáltatásintegrációt. Az új verzió képes reprodukálható nagy áteresztőképességű elemzésekre, többléptékű hálózatokra, fehérje-fehérje kölcsönhatások hálózataira , hozzáférhető omikaelemzésre [6] .
A hosszú távú tervek egyike a Cytoscape és az NDEx szoros integrálása, hogy a felhasználók természetesen letölthessék és tárolhassák hálózataikat az NDEx szolgáltatás segítségével [6] .
A Cytoscape jelenleg fájlként exportálja a hálózatot, amely egy folyóiratcikk kiegészítő anyagaként használható. A folyóiratkiadó online cikknézegetője szabadon megjelenítheti a hálózatot egy interaktív megjelenítőben, amely lehetővé teszi a felhasználó számára a hálózat nagyítását és a csomópontok mozgatását [6] .
Annak ellenére, hogy a Cytoscape szimulációs környezetet biológiai feladatokra fejlesztették ki, ez a program számos más területen is alkalmazható [4] .
A biológiában
|
Konkrét példák a 2019-es cikkekből :
|
A szociológiában
|
Átfogó hálózatelemzés |
A Cytoscape [4] fő része egy hálózati gráf, amelyben molekulafajták csomópontok (csúcsok), intermolekuláris kölcsönhatások pedig linkek (élek) a csomópontok között. A Cytoscape Core alapvető funkcionalitást biztosít tetszőleges adatok grafikonon történő integrálásához, grafikon megjelenítéséhez és integrált adatokhoz, kiválasztási és szűrőeszközökhöz, valamint interfészt biztosít a beépülő modulként megvalósított külső módszerekhez [11] .
Hálózati vizualizációA Cytoscape-ben [4] a hálózatok (gráfok) vizuális megjelenítésének különféle módjai lehetségesek: ciklikus, fa formájú, kényszerirányított [12] stb. A felhasználó az elemzett hálózatot a maga módján is rendszerezheti. A hálózatra szuperponált kifejezési szintek és p -értékek a csúcsok vagy élek színeként, az élvonalak vastagsága vagy színeként stb. jeleníthetők meg. A felhasználó kész vizualizációs sémákat használhat, és önállóan testreszabhatja azokat [13] .
AdatintegrációAz adatokat attribútumok ( Attribútumok ) segítségével integrálják a grafikus modellbe. Ezek olyan (név, érték) párok, amelyek a csomópont- vagy élneveket meghatározott adatértékekre képezik le. Az attribútumértékek bármilyen típusúak lehetnek (például szöveges karakterláncok, diszkrét vagy folytonos számok, URL-ek vagy listák), és vagy betöltődnek egy adattárból, vagy dinamikusan generálódnak egy munkamenetben. A grafikus böngészők lehetővé teszik a felhasználó számára a kiválasztott csomópontok és élek összes attribútumának megtekintését [14] .
Jegyzetek átadásaMíg egy attribútum egy csomópont vagy él predikátum, az annotáció a csomópontok vagy élcsoportok leírásának hierarchikus osztályozását (vagyis formálisan ciklusok nélküli irányított gráfot) képviseli. A megjegyzések általában egy meglévő tudástárnak felelnek meg, amely nagy, összetett és viszonylag statikus. A Cytoscape kombinálja a megjegyzéseket más hálózati adattípusokkal azáltal, hogy átadja a kívánt megjegyzési szinteket a csomópont- vagy élattribútumokon. Egy annotációvezérlő használatával lehetőség van arra, hogy egyszerre több szintű annotáció legyen aktív és jelenjen meg, mindegyik külön attribútumként a szükséges csomópontokon vagy éleken [15] .
GrafikonábrázolásA molekuláris interakciós adatok értelmezésének egyik legalapvetőbb eszköze a csomópontok és élek 2D hálózatként történő megjelenítése. A Cytoscape számos automatizált hálózati elrendezési algoritmust támogat, beleértve a hierarchikus és körkörös elrendezéseket [16] .
Attribútumok megjelenítéseOlyan attribútumok megjelenítése, mint a génexpresszió és a p-érték . A Cytoscape a vizuális tulajdonságok széles skáláját támogatja, mint például a csomópont színe, alakja és mérete, csomópont határának színe és vastagsága, élszín, vastagság és stílus. Az attribútumok megjelenítése keresőtábla vagy interpoláció segítségével történik, attól függően, hogy az attribútum diszkrét vagy folyamatos [15] .
Grafikon részeinek keresése és szűréseA nagy molekuláris kölcsönhatású hálózatok összetettségének csökkentése érdekében a csomópontok és élek részhalmazait szelektíven kell megjeleníteni. A csomópontok és élek számos kritérium alapján választhatók ki, beleértve a név, névlista vagy attribútum szerinti kijelölést. A bonyolultabb hálózatkiválasztási lekérdezéseket egy sor szűrőeszköz támogatja, amely tartalmaz egy minimális szomszédszűrőt, amely a hálózatban adott távolságban a minimális számú szomszéddal választja ki a csomópontokat; egy helyi távolságszűrő, amely az előre kiválasztott csomópontok csoportjától adott távolságra lévő csomópontokat választ ki; kombinált szűrő, amely tetszőlegesen és/vagy más szűrők kombinációival választja ki a csomópontokat, és mások. A Cytoscape lehetővé teszi a csúcsok vagy élek nevük alapján történő keresését [16] [17] .
Csúcsok vagy élek kiválasztásaA felhasználó kiválaszthatja a csúcsokból és/vagy élekből álló alhálózatot, amely rendelkezik bizonyos tulajdonságokkal. Például a felhasználó kiválaszthatja az összes olyan csúcsot, amelynek foka nagyobb egy beállított küszöbértéknél, rendelkezik egy adott funkcionális megjegyzéssel, vagy minden olyan csúcsot, amely olyan géneket reprezentál, amelyek expressziós szintje sokat változott legalább egy kísérletben a betöltött p-értéknek megfelelően. a kifejezési szintű adatokkal együtt. A felhasználó az előző hálózat egy részének kiválasztásával hozhat létre új hálózatot [16] .
Modulok és klaszterek kereséseA génkölcsönhatási hálózatok feltárása során a Cytoscape lehetővé teszi olyan egyedi régiók keresését, amelyek magas expressziós aktivitású génekből állnak. Sőt, bármely vizsgált objektumban lehetőség van olyan területek keresésére, ahol magas az elemek összekapcsolhatósága, vagy klaszterek [16] .
Számos formátum támogatásaA Cytoscape számos szabványos formátumot támogat, amelyek molekuláris kölcsönhatásokat és azok megjegyzéseit közvetítik: SIF (Simple Interaction Format), GML, XGMML, BioPAX, PSI-MI, GraphML , KGML (KEGG XML), SBML, OBO és Gene Association. A program támogatja a tagolt szöveges fájlokat, valamint a Microsoft Excel formátumot. A felhasználó importálhat génexpressziós szinteket és GO -jegyzeteket tartalmazó fájlokat, betölthet és elmenthet tetszőleges attribútumokat a hálózat (gráf) csúcsaira és éleire. Például a fehérjéket jelölő csúcsokhoz hozzárendelhető a funkciójuk, illetve a fehérjék közötti kölcsönhatásokat jelző élekhez, ezeknek a kölcsönhatásoknak a megbízhatóságára, ez az információ a STRING adatbázisból nyerhető [16] .
InteroperabilitásTekintettel arra, hogy a Cytoscape a formátumok széles skáláját támogatja, könnyen kombinálható más programokkal. Például, ha a felhasználó hálózatokkal dolgozott az igraph vagy a Bioconductor programban, a Cytoscape letöltheti ezeknek a programoknak a kimeneti fájljait, elemzi és mentheti az eredményeket, például PSI-MI formátumban, amelyeket aztán feldolgozhat egyéb bioinformatikai programok vagy szkriptek [16] .
Kommunikáció külső adatbázisokkalA Cytoscape képes közvetlenül csatlakozni harmadik felek adatbázisaihoz, letöltő hálózatokhoz és megjegyzésekhez. Példák a használt adatbázisokra: Pathway Commons, IntAct, BioMart, NCBI Entrez Gene [16] .
Munkamenet mentéseAz aktuális munkaállapot munkamenetfájlként menthető, amely tartalmazza az összes beállítást, elemzett hálózatokat, azok megjelenítését, stílusait, a munkaablak állapotát, beépülő modulokat stb . kiterjesztése [16] .
Képek mentéseA Cytoscape lehetővé teszi a képek kiváló minőségben történő mentését. A következő formátumokat támogatja: PDF , PS , SVG , PNG , JPEG és BMP [16] .
MegtekintésA hálózatok megtekintését a Cytoscape alkalmazásban megkönnyíti a képek nagyítása és kicsinyítése, görgetése és kézi szerkesztése. A hatalmas hálózatok (például több mint 100 000 csúcsot vagy élt tartalmazó) hálózatokkal való munka megkönnyítése érdekében létezik egy „madártávlat” ablak [16] .
Alkalmazáskezelő és Cytoscape App StoreEhhez a programhoz hálózatok és molekuláris profilok tanulmányozására szolgáló alkalmazások állnak rendelkezésre. A Cytoscape a Java platformra épül, így további alkalmazásokat hozhat létre az adatok importálásához, elemzéséhez és megjelenítéséhez. Számos alkalmazás elérhető a Cytoscape App Store-ban. A legtöbb alkalmazás telepíthető az App Manager segítségével vagy közvetlenül az App Store-ból [18] [16] .
Más nyelvek támogatásaA Cytoscape 2 bites karakterkódolási szabványt használ. Az adatfájlokban bármilyen nyelvet használhat. Számos Cytoscape szolgáltatás és alkalmazás több nyelvet támogat, beleértve az oroszt és a kelet-ázsiait [16] .
A beépülő modulok hatékony bővítmények új algoritmusok megvalósításához, további hálózati elemzésekhez és biológiai szemantikához. A beépülő modulok hozzáférnek az alaphálózati modellhez, és szabályozhatják a hálózat megjelenítését is. Míg a Cytoscape Core nyílt forráskódú szoftver , a beépülő modulok különálló szoftverek, amelyekre a bővítmények szerzőitől függően bármilyen licenc vonatkozhat [19] [16] .
WikiPathwaysA WikiPathways a tudományos közösség által fenntartott biológiai útvonalak adatbázisa. Az adatbázisban minden elérési út el van látva azonosítókkal, amelyek számításokhoz és adatmegjelenítéshez használhatók. A WikiPathways beépülő modul a Cytoscape-hez az App Store-ból érhető el [20] .
Legend CreatorPlugin legendák létrehozásához a Cytoscape-ben. Hozzáad egy vezérlőpanelt, amely képes beolvasni a webet és a stíluslapot, hogy minden egyes jellemzőhöz jelmagyarázatot generáljon. Fő funkciója egy színátmenet hozzáadása az attribútumok értékének számszerűsítésére [21] [22] .
GNCA GNC egy új Cytoscape beépülő modul a génhálózatok biológiai koherenciájának a standardhoz képest történő értékeléséhez. A GNC plugin a GNC algoritmust használja a génhálózatok biológiai koherenciájának értékelésére. A beépülő modult a Cytoscape-be integrálták, hogy növeljék az algoritmus elérhetőségét a felhasználók számára. Ez az integráció lehetővé tette a felhasználó számára, hogy ne csak a hálózat globális biológiai konzisztenciáját, hanem a génkapcsolatok szintjén is elemezze a biológiai konzisztenciát. Ez lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy a Cytoscape segítségével tovább elemezze és vizualizálja a hálózatokat [23] .
ReNEA ReNE egy Cytoscape 3.x beépülő modul, amelyet arra terveztek, hogy automatikusan gazdagítsa a szabványos génalapú szabályozó hálózatot részletesebb transzkripciós , poszt-transzkripciós és transzlációs adatokkal. Az eredmény egy kiterjesztett hálózat, amely pontosabban modellezi a tényleges biológiai szabályozó mechanizmusokat. A ReNE automatikusan importálhat egy hálózati elrendezést a Reactome-ból vagy a KEGG-ből, vagy a Cytoscape importálási eljárása által elfogadott szabványos OWL/XML adatformátum használatával leírt egyéni elérési utakkal dolgozhat. Ezenkívül a ReNE lehetővé teszi a kutatók számára, hogy több, különböző forrásból származó útvonalat kombináljanak. Az így létrejövő kibővített hálózat továbbra is egy teljesen működőképes Cytoscape hálózat, ahol minden szabályozó elem ( transzkripciós faktor , miRNS , gén , fehérje ) és szabályozó mechanizmus (fel-/leszabályozás) egyértelműen vizuálisan azonosítható, lehetővé téve szerepük jobb vizuális megértését. és hatással van a hálózati viselkedésre. A ReNE által létrehozott fejlett hálózatot különféle formátumokba exportálják további elemzés céljából harmadik féltől származó alkalmazásokon keresztül. A ReNE úgy bővíti a hálózatot, hogy csak nyilvánosan elérhető forrásokból származó adatokat integrál, következtetések vagy előrejelzések nélkül [24] .
NOAA NOA egy Cytoscape bővítmény, amelyet a hálózati ontológia elemzésére használnak. A megvalósított NOA algoritmus a hálózat gazdagításán alapul, a Gene Ontology annotációk kiterjesztésével hálózatokra vagy gráfélekre mutató hivatkozásokra. Ez a beépülő modul megkönnyíti egy vagy több Cytoscape hálózat elemzését a felhasználó által megadott paraméterek szerint. A beépülő modul táblázatok formájában mutatja be az eredményeket, valamint hőtérképeket generál, és összeállít egy áttekintést a hálózatokról a Cytoscape-ből [25] .
Cluster MakerA ClusterMaker egy Cytoscape beépülő modul, amely számos klaszterező és vizualizációs algoritmust valósít meg, amelyek egymástól függetlenül vagy kombinálva használhatók biológiai adatkészletek elemzésére és megjelenítésére, valamint a biológiai funkciókkal kapcsolatos hipotézisek érvényesítésére vagy generálására. A plugin hálózat, dendrogram és hőtérkép formájában szolgáltat eredményeket [26] .
CytoClusterA CytoCluster egy Cytoscape beépülő modul a biológiai hálózatok klaszterelemzésére . A CytoCluster hat klaszterezési algoritmust integrál. Nevezetesen: HC-PIN (Protein Interaction Networks hierarchikus klaszterezésének algoritmusa), OH-PIN (Protein Interaction Networks átfedő és hierarchikus moduljainak azonosítása), IPCA (Algoritm for Identification of Complex Proteins), ClusterONE (Clustering with Overlapping Neighbor) , DCU Function (Detection complexes based on indefinite graph model), IPC-MCE (fehérjekomplexek azonosítása a maximális expanziós komplex alapján) és BinGO (biológiai hálózatok génontológiája). A felhasználó a felsorolt klaszterezési algoritmusok közül bármelyiket kiválaszthatja igényei szerint. Ennek a hat klaszterező algoritmusnak a fő funkciója a fehérjekomplexek vagy funkcionális modulok kimutatása. Sőt, a BinGO segítségével meghatározható, hogy egy génkészletben vagy biológiai hálózat részgráfjában mely génontológia (GO) kategóriák szerepelnek statisztikailag többször [27] .
StringAppA STRING a fehérjehálózatok egyik legnépszerűbb forrása, de webes felülete elsősorban kis hálózatok és kapcsolódó bizonyítások tesztelésére szolgál. A Cytoscape szoftver sokkal jobban illeszkedik a nagy hálózatokhoz, és nagyobb rugalmasságot kínál a hálózatelemzés, a további adatok importálása és megjelenítése terén. Ezzel kapcsolatban létrejött a stringApp beépülő modul, amely egyesíti a Cytoscape STRING-t. Ez leegyszerűsíti a STRING-ek importálását a Cytoscape-be, megőrzi számos STRING-funkció megjelenését és működését, és integrálja a kapcsolódó adatbázisokból származó adatokat [28] .
CyClust3DA CyClust3D egy plugin a hálózatokba integrált hálózatok motívumainak klaszterezésére . A hagyományos gráfklaszterező algoritmusok nem képesek kimutatni a sűrű topológiai struktúrákat vagy a funkcionális modulokat, amelyekbe a molekuláris hálózatokba integrált hálózatok motívumait építik össze. A CyClust3D plugin lehetővé teszi az ilyen modulok észlelését kompozit három csomópontos hálózati motívumok klaszterezésével a 3D spektrális klaszterezési algoritmus segítségével [29] .
PiNGOA PiNGO egy Cytoscape beépülő modul, amely a biológiai hálózatok számára jelölt géneket keresi. A PiNGO egy eszköz a biológiai hálózatok szűrésére jelölt gének, azaz olyan gének, amelyekről előreláthatólag egy érdekes biológiai folyamatban vesznek részt. A felhasználó szűkítheti a keresést bizonyos ismert funkciójú génekre, vagy kizárhat bizonyos funkcionális osztályokhoz tartozó géneket. A PiNGO sokféle organizmushoz és génontológiai osztályozási sémához nyújt támogatást, és könnyen testreszabható más organizmusokhoz és funkcionális osztályozásokhoz [30] .