相互作用ネットワーク パスウェイが さくさく書けるフリーツールの紹介 バイオメディシナル情報統合チーム長井陽子 平成 23 年度第 4 回データベース講習会創薬研究における統合データベースの活用 2012/3/16
分子生物学的な知識の増加 1 つの分子でも様々な機能的役割を担っている 分子間の相互作用や因果関係は複雑で膨大である 大規模なデータの管理や知識の整理に視覚化ツールを活用することができる
視覚化することのメリット http://www.cellsignal.com/referenc e/pathway/nf_kappab.html 機能や相互作用を記号化し 視覚化することで直感的に現象を把握しやすくなる
視覚化 解析ツール 有料ツール Ingenuity Pathway Analysis MetaCore 無料ツール PathVisio Cytoscape Pathway Studio GenMAPP CellDesigner genexplain VisANT
PathVisio と Cytoscape の違い PathVisio 一連の繋がりがある現象の表現に有利 Cytoscape あらゆる繋がりの全体像を把握する場合に有利 A Node C B Edge F A B C D G J H E I K
PathVisio http://www.pathvisio.org/
PathVisio: 機能と特徴 細胞間 細胞内のシグナル伝達経路の視覚化が容易 細胞や細胞内小器官の図形の視覚化が可能 マイクロアレイデータの視覚化と解析 WikiPathwaysへの投稿やダウンロード 大規模なパスウェイを新たに作成するのは大変
PathVisio: 活用例 KEGG の関節リウマチ疾患 Pathway に 抗体医薬品や新規疾患関連遺伝子をマップ
PathVisio: ダウンロードの方法 1) http://www.pathvisio.org/ より ver.2.0.11 をダウンロードする 2) ファイルを開く形式としてデフォルトの [Java Webstart] を選択する 3) デスクトップ上の PathVisio 2 を起動する
PathVisio: KEGG Pathways の利用 1) http://www.pathvisio.org/wiki/pathvisiodownload より [Homo sapiens] を選択 PathVisio file downloader に従ってファイルをダウンロードする 2) [PathVisio 2] -> [File] -> [Open] よりデスクトップ上の PathVisio 実習用 /KEGG-pathways/hsa_Osteoclast differentiation.gpml を選択する
PathVisio: KEGG Pathways の利用 3) KEGG pathway が表示される
PathVisio: KEGG Pathways の利用 http://www.genome.jp/kegg-bin/show_pathway?map04380
PathVisio: 図の書き方 細胞膜や核の図を書き足してみましょう
PathVisio: 図の書き方 転写因子と転写産物を繋げる Edge を書き足しましょう 転写因子 - 転写産物の関係を表す矢印
PathVisio: 図の書き方 転写因子と転写産物を繋げる Edge を書き足しましょう
PathVisio: 図の書き方 KEGG から医薬品ターゲット分子の情報を追加してみましょう 医薬品ターゲット分子疾患ターゲット分子 http://www.genome.jp/kegg-bin/show_pathway?org_name=hsadd&mapno=04380
PathVisio: 図の書き方 医薬品ターゲットの Node を水色でハイライトしてみましょう [Shift] + クリックで複数分子の選択
PathVisio: 図の書き方 新しい Node を書き足してみましょう Node をダブルクリックしプロパティを表示 ここに記入したテキストがノードの名前に反映
PathVisio: 図の書き方 新しい Node を書き足してみましょう 阻害を表す矢印
PathVisio: WikiPathways の利用 1) http://wikipathways.org/index.php/download_pathways より GPML 形式の [Homo sapiens] をダウンロードする 2) [PathVisio] -> [File] -> [Open] よりデスクトップ上の PathVisio 実習用 /PathVisio-wikipathways.../Hs_RANKL-RANK_Signaling... を選択する
PathVisio: WikiPathways の利用 既にコメントやアノテーション情報がついている Wikipathway のアカウントを作ることで 新たな Pathway を登録することができる
Cytoscape http://www.cytoscape.org/
Cytoscape: 機能と特徴 大規模なデータによるネットワークの作成が容易 ネットワークのビジュアル変更が簡単 プラグインが豊富で多機能 分子と繋がり以外の図形は挿入できない (e.g. 細胞や細胞内小器官など ) ユーザーマニュアル http://cytoscape.org/manual/cytoscape2_8manual.html
Cytoscape: 活用例 http://bioinfow.dep.usal.es/coexpression/
Cytoscape: ダウンロードの方法 1) http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html より [Java SE 6] をダウンロードする 2) http://www.cytoscape.org/download.html でユーザー登録後 最新版 ver.2.8.2 をダウンロードする 3) プログラムから [Cytoscape_v.2.8.2] を選択し Cytoscape を起動する
Cytoscape: EXCEL からデータの取り込み 1) [File] -> [Import] -> [Network from Table (Text/ MS Excel)] を選択する 2) Data Sources を選択する C:/Program Files/Cytoscape_v.2.8.2/sampleData/galFiltered.xls データを選択
Cytoscape: EXCEL からデータの取り込み 3) Preview 画面のカラム名をダブルクリックし アクティブな状態にする ( 灰色文字から黒文字になる ) 4) カラム名を右クリックし カラム名を変更しておく 右クリック 変更前 Column 1 Column 2 Column 3 Column 4 Column 5 変更後 Source Target Interaction Boolean attribute String attribute
Cytoscape: EXCEL からデータの取り込み 5) [Source Interaction] にカラム 1 を [Target Interaction] にカラム 2 を [Interaction Type] にカラム 3 をセットし [Import] を押す 青色のカラムは Edge (Interaction) の属性として取り込まれる
Cytoscape: EXCEL からデータの取り込み 6) すべてのノード ( 桃色 ) エッジ ( 青線 ) が表示される
Cytoscape: Web サービスの使い方 ~ Node の ID をもとに BioMART から関連する情報を取得 ~ 1) [File] -> [Import] -> [Import Attributes from Biomart...] を選択する 2) [Data Source] をリストから選ぶ ENSEMBL GENES 65 (SANGER UK) Saccharomyces cerevisiae genes (EF3) 3) [Key Attribute in Cytoscape] をリストから選ぶ Attribute : ID Data Type: Ensembl Gene ID(s) 4) [Available attributes] を一覧から選ぶ Entrez Gene ID (entrezgene) UniProt Gene Name (uniprot_genename) 5) [Import] をクリックする
Cytoscape: Web サービスの使い方 ~ Node の ID をもとに BioMART から関連する情報を取得 ~ 2) データソースの選択 3) キーとなるカラムの選択 4) 属性の選択 Entrez Gene ID UniProt Gene Name
Cytoscape: Web サービスの使い方 ~ Node の ID をもとに BioMART から関連する情報を取得 ~ 6) Network window 内で [control] + [Alt] + [A] を押し 全 Node Edgeを選択する 7) Data Panelの右上のアイコンをクリックし 全属性を表示させる
Cytoscape: Web サービスの使い方 ~ Node の ID をもとに Gene Ontology を取得 ~ 1) [File] -> [Import] -> [Ontology and Annotation...] を選択する 2) [Data Source] をリストから選ぶ Annotation : Gene Association file for Saccharomyces cerevisiae Ontology : Gene Ontology Full 3) [Advanced] -> [Show Mapping Options] にチェックを入れ データベースのキーとネットワークのキーの種類が一致するようにする (Default の設定で OK) 4) [Import] をクリックする
Cytoscape: Web サービスの使い方 ~ Node の ID をもとに Gene Ontology を取得 ~ 2) データソースの選択 3) ID タイプの確認
Cytoscape: Web サービスの使い方 ~ Node の ID をもとに Gene Ontology を取得 ~ 5) Data Panel の右上のアイコンをクリックし 必要なカラムを表示する annotation.go BIOLOGICAL_PROCESS annotation.go CELLULAR_COMPONENT annotation.go MOLECULAR_FUNCTION
Cytoscape: ネットワークレイアウトの変更 1) メニューバーのアイコンを選択し Force-directed layout にする
Cytoscape: ネットワークレイアウトの変更 2) [Layout] -> [Cytoscape Layouts] -> [Circular Layout] を選択する
Cytoscape: ネットワークビジュアルの設定 1) Control Panel の [Viz Mapper] を選択する
Cytoscape: ネットワークビジュアルの設定 2) Current Visual Style を [Sample 1] に変更する
Cytoscape: ネットワークビジュアルの設定 3) Visual Mapping Browser の [Node Size] をダブルクリックする 4) [Please select a value!] をクリックし リストから [Degree] を選択し Mapping type は [Continuous Mapping] を選択する
Cytoscape: ネットワークビジュアルの設定 5) 結合している Edge の数に依存して Node のサイズが設定される
Cytoscape: ネットワークビジュアルの設定 6) Node Label を [UniProt Gene] にし [Passthrough Mapping] を選ぶとラベルが UniProt Gene に変更される
Cytoscape: ネットワークビジュアルの例 7) [File] -> [Open] でサンプルを開く C:/Program Files/Cytoscape_v.2.8.2/sampleData/galFiltered.cys ネットワークのハブとなる分子が 直観的にわかりやすい表現
Cytoscape: その他 その他 Node に画像を埋め込むことも可能
実習課題 1. PathVisio を用いて 既知の Osteoclast differentiation の図に PPI View で同定された分子をマップしてみましょう 2. Cytoscape を用いて PPI View で同定された分子のネットワーク図を作成し ハブとなる分子をわかりやすく表現してみましょう RANK = TNFRSF11A TRAF5 TRAF6 TRAF2 TRAF1 HIP000111323 = ZMYND11 SMAD2 SMAD3 NCOR1
実習課題解答例 1. PathVisio を用いて 既知の Osteoclast differentiation の図に PPI View で同定された分子をマップしてみましょう
実習課題解答例 2. Cytoscape を用いて PPI View で同定された分子のネットワーク図を作成し ハブとなる分子をわかりやすく表現してみましょう
Cytoscape v.2.8.2 Plugin Cerebral: 細胞内局在の可視化 BubbleRouter : グループ化できる枠の挿入 BiNGO: 過剰発現解析の実行と可視化 Cluster Maker: ノードとエッジ属性についてクラスタリングやビジュアルなクラスター作成を行う共通のフレームワークを提供 Agilent Literature Search: テキストマイニング技術を用い 科学論文から取得した情報より " 関連 " ネットワークを生成 ReACTOME : PPI ネットワークの作画 探索 解析 KGML Reader:KEGG データの表示 GPML-Plugin:WikiPathways データの表示 http://chianti.ucsd.edu/cyto_web/plugins/