Name: a web tool for generating high quality machine-readable biological pathways
Uploaded: 2017-02-08T12:30:00
Duration: 8 min 1 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Web Tool for Generating High Quality Machine-readable Biological Pathways at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke den canadiske Institutes of Health Research (CIHR) og genom Alberta, en division af Genome Canada, om økonomisk støtte.

<ol>
	<li>Michal, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+representation+of+metabolic+pathways.">On representation of metabolic pathways.</a> Biosystems. 47 (1-2), 1-7 (1998).</li><li>Kanehisa, M., Sato, Y., Kawashima, M., Furumichi, M., Tanabe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=KEGG+as+a+reference+resource+for+gene+and+protein+annotation.">KEGG as a reference resource for gene and protein annotation.</a> Nucleic Acids Res. 44 (D1), D457-D462 (2016).</li><li>Karp, P., Riley, M., Paley, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+MetaCyc+Database.">The MetaCyc Database.</a> Nucleic Acids Res. 30 (1), 59-61 (2002).</li><li>Kelder, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=WikiPathways:+building+research+communities+on+biological+pathways.">WikiPathways: building research communities on biological pathways.</a> Nucleic Acids Res. 40 (Database issue), D1301-D1307 (2011).</li><li>Croft, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Reactome+pathway+knowledgebase).">The Reactome pathway knowledgebase).</a> Nucleic Acids Res. 42 (Database issue), D472-D477 (2014).</li><li>Karp, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathway+Tools+version+13.0:+integrated+software+for+pathway/genome+informatics+and+systems+biology.">Pathway Tools version 13.0: integrated software for pathway/genome informatics and systems biology.</a> Brief Bioinform. 11 (1), 40-79 (2010).</li><li>Van Iersel, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presenting+and+exploring+biological+pathways+with+PathVisio.">Presenting and exploring biological pathways with PathVisio.</a> BMC Bioinformatics. 9, 399 (2008).</li><li>Demir, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+BioPAX+community+standard+for+pathway+data+sharing.">The BioPAX community standard for pathway data sharing.</a> Nat. Biotechnol. 28 (9), 935-942 (2010).</li><li>Shannon, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytoscape:+A+Software+Environment+for+Integrated+Models+of+Biomolecular+Interaction+Networks.">Cytoscape: A Software Environment for Integrated Models of Biomolecular Interaction Networks.</a> Genome Res. 13 (11), 2498-2504 (2003).</li><li>Salomonis, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GenMAPP+2:+new+features+and+resources+for+pathway+analysis.">GenMAPP 2: new features and resources for pathway analysis.</a> BMC Bioinformatics. 8, 217 (2007).</li><li>Elliott, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PathCase:+pathways+database+system.">PathCase: pathways database system.</a> Bioinformatics. 24 (21), 2526-2533 (2008).</li><li>Hu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VisANT+3.0:+new+modules+for+pathway+visualization,+editing,+prediction+and+construction.">VisANT 3.0: new modules for pathway visualization, editing, prediction and construction.</a> Nucleic Acids Res. 35 (Web Server), W625-W632 (2007).</li><li>Jewison, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SMPDB+2.0:+Big+Improvements+to+the+Small+Molecule+Pathway+Database.">SMPDB 2.0: Big Improvements to the Small Molecule Pathway Database.</a> Nucleic Acids Res. 42 (D1), D478-D484 (2013).</li><li>Pon, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathways+with+PathWhiz.">Pathways with PathWhiz.</a> Nucleic Acids Res. 43 (W1), W552-W559 (2015).</li><li>Sajed, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ECMDB+2.0:+A+richer+resource+for+understanding+the+biochemistry+of+E.+coli.">ECMDB 2.0: A richer resource for understanding the biochemistry of E. coli.</a> Nucleic Acids Res. 44 (D1), D495-D501 (2015).</li><li>Wishart, D., Mandal, R., Stanislaus, A., Ramirez-Gaona, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancer+Metabolomics+and+the+Human+Metabolome+Database.">Cancer Metabolomics and the Human Metabolome Database.</a> Metabolites. 6 (1), 10 (2016).</li><li>Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W., Lipman, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basic+local+alignment+search+tool.">Basic local alignment search tool.</a> J. Mol. Biol. 215 (3), 403-410 (1990).</li><li>Le Novere, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Systems+Biology+Graphical+Notation.">The Systems Biology Graphical Notation.</a> Nat. Biotechnol. 27 (8), 735-741 (2009).</li><li>Hucka, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+systems+biology+markup+language+(SBML):+a+medium+for+representation+and+exchange+of+biochemical+network+models.">The systems biology markup language (SBML): a medium for representation and exchange of biochemical network models.</a> Bioinformatics. 19 (4), 524-531 (2003).</li></ol>

Forfatterne har intet at afsløre.

Den her beskrevne for at skabe en enkel metabolisk vej (TCA cyklus) protokol kan tilpasses til at skabe en bred vifte af maskinlæsbare, biologisk komplekse veje for alle arter. Desuden er denne protokol beskriver også, hvordan man kan kopiere eller udbrede eksisterende veje oprettet af andre brugere. Konstruktion af en vej ved hjælp af dette værktøj kræver gentagne trin-for-trin tilgang af reaktioner, interaktioner, transportprocesser, og sub-veje, som hver er forbundet med overlappende elementer. Sætte alle disse sammen tillader en at skabe farverige, visuelt tiltalende pathway diagrammer, der giver betydelig biologisk detaljer og nyttige biologisk sammenhæng. De i denne protokol er relativt enkel, og den tid det tager at bygge en sti diagram afhænger af størrelsen og kompleksiteten af ​​vejen. Med lidt øvelse, kan de fleste individer gengive en høj kvalitet vej diagram består af omkring 15-20 reaktioner eller processer end flere cellulære komponenter i ca 15 min. En helt ny bruger kan tage op til 30-40 min for at generere en sti af tilsvarende størrelse og kompleksitet. Den nødvendig for at generere en pathway tid er omtrent proportionalt med antallet af reaktioner / processer, der skal gengives. Oprettelse af en høj kvalitet vej gennem denne web-baseret værktøj afhænger af kvaliteten og detaljeringsgraden af ​​kildematerialet (veje fra bøger, online-databaser, eksperimentelle data, håndtegnede skitser) og kræsenhed af vejen &quot;kunstner&quot;. Dem, der ønsker at generere højere kvalitet pathway diagrammer bør være særlig opmærksom på afsnit 1.11, 1.15 og 1.20 i protokollen, da disse afsnit beskrives oprettelse og redigering af reaktions- elementer (reaktanter / produkter, enzymer, kanter, billeder, zoom kasser, etiketter, og membraner). De bedste pathway diagrammer vil intelligent samle oplysninger fra så mange eksisterende fremstillinger af vejen som muligt, herunder dem, der findes i Books, plakater, aviser og online databaser. En anden nøgle til at generere høj kvalitet veje er omhyggeligt kontrollere rigtigheden af ​​de reaktioner, inden du opretter en reaktion (gennem § 1.11 i protokollen). At tage sig tid og kræfter på at sikre de reaktanter, produkter og enzymer involveret (hvoraf mange allerede findes i PathWhiz store database) er korrekt for hver art er meget vigtigt. Det er også vigtigt at være opmærksom på den cellulære placering af reaktionerne og omfatter centrale cellulære eller subcellulære komponenter for at tilvejebringe den korrekte biologiske sammenhæng. Dette kan gøres ved at kontrollere og underbygger reaktionen via online databaser, såsom UniProt. Under alle de nødvendige oplysninger ved hånden, sammen med en rå, håndtegnet skitse af vejen, der skal oprettes i høj grad vil reducere fejl og den samlede tid brugt på tegning eller rendering. Som det kunne forventes, vil større og mere komplekse veje tage længere tid at gengive, particmæssigt, hvis de ønskede elementer og processer ikke allerede er i PathWhiz database. Når man arbejder med større veje, er det normalt klogt at skifte fra Autosave tilstand til Manuel save mode, for at forhindre en lang forsinkelse mellem handlinger. Når replikerende en vej, den tid brugeren kan vente på vejen til at blive genereret, afhænger af antallet af elementer i reaktionsvejen. De fleste veje kan replikeres i omkring 1-2 min. Når formerings en vej, vellykket præstationen af nyligt opformeret pathway afhænger af, hvor ens de to arter er, som PathWhiz bruger BLAST 17 sekvens søger at finde homologe enzymer mellem arter. Større veje vil være langsommere til at udbrede fordi BLAST vil skulle køre på et større antal enzymer. Forsøg på at udbrede veje mellem betydeligt uens arter (sige mellem gær og mennesker) vil resultere i veje blev afsagt med en række ukendte proteiner. Disse &quot;fjernt&quot; propagated veje vil normalt kræve yderligere manuel redigering. På grund af den meget visuelle natur pathway diagrammer og detalje, der kan bringes til en vej, er det altid en god idé at arbejde på en computer med en rimelig stor skærm (&gt; 20 inches eller&gt; 50 cm) og en god internetforbindelse (&gt; 5 Mbps). Hvis der opstår problemer med rendering eller skærm forfriskende, kan brugeren nødt til at gøre en lille mængde af fejlfinding. Hvis en stor, kompleks vej tager for lang tid at opdatere, kan brugeren nødt til at opdatere siden. Hvis en vej ikke forplanter sig som forventet, kan brugeren nødt til at gøre nogle manuel redigering for at sikre, at alle elementer er vist korrekt. Også, som et mere specifikt eksempel, hvis dele af en reaktion ikke vises, kan brugeren nødt til at sørge for, at alle elementer eller enzymer er korrekt valgt og kanterne er ikke skjult. Den &quot;Hjælp&quot; linket på de vigtigste header kan være nyttigt, hvis der opstår et problem. En tutorial ertilgængelig under &quot;Tutorial&quot; fanen og en brugsanvisning er tilgængelig under fanen &quot;Brugervejledninger&quot;. Begge forklare mange af værktøjets funktioner i detaljer. Brugervejledningen kan bruges til fejlfinding eller forklare potentielle begrænsninger for en bestemt funktion, som når en bruger låser en vej og senere ønsker at redigere den. Som fremhævet gennem denne protokol og gennem eksempler i de medfølgende figurer, dette værktøj tilbyder en række unikke funktioner ikke findes i nogen (eller de fleste) andre pathway tegneværktøjer (se tabel 1). Det første er det fuldt web-baseret og helt platform-uafhængig. For det andet understøtter rendering og facile generation af flerfarvede, biologisk komplekse, visuelt tiltalende, fuldt hyperlinks pathway diagrammer, der også kan konverteres til maskinlæsbare formater (BioPAX, SBGN-ML 18, SBML 19, PWML 14). Tredje, pathway diagrammer slægterted af dette værktøj kan gennemses, søges, udvalgt og let udforskes gennem en nem-at-bruge online-database og visning interface. For det fjerde er det web-værktøj designet til at understøtte fællesskabet pathway bidrag, der giver mulighed for &quot;sti crowdsourcing&quot;, der fremmer deling og generering af nye veje og nye pathway elementer. Pathways genereres af denne webbaseret værktøj kan anvendes til en lang række applikationer. Rigt detaljerede, fuldt hyperlink veje let kan integreres i organisme-specifikke databaser for proteomics, metabolomics eller systemer biologi applikationer. Internet-tilgængelige veje er især nyttige for uddannelsesøjemed, da detaljerne tilgængelige via web-baserede billeder er ofte meget større end hvad der kan vises via et statisk billede eller gennem en enkelt lærebog eller et tidsskrift side. Dette webbaserede værktøj understøtter også generering af pathway repræsentationer, der er mere velegnet til udskrivning og offentliggørelse.Som følge heraf er mange billeder, der genereres af denne web-baseret værktøj vises i papirer, plakater og diaspræsentationer. Eksport af veje i tekstbaserede dataudveksling filformater (såsom BioPAX og SBML) giver mulighed for veje genereret ved hjælp af denne web-server, der skal bruges direkte i datamatisk analyse for systembiologi eller metabolisk modelbygning. Plantemateriale veje mellem arter tillader slutninger, der skal foretages om biologiske processer, især blandt de arter, der er blevet meget nylig sekventeret. Selv om ikke alle eksisterende veje i øjeblikket findes i PathWhiz, at dyrke sin offentlige sti database fortsætter, hvilket fører til fremkomsten af ​​nye, crowd oprindelse pathway samlinger. Disse samlinger vil ikke kun være let udvides til nye arter, vil forhåbentlig føre til en dybere forståelse af deres unikke biologi og biokemi.

Biologiske pathway diagrammer er ligesom planer for livet forskere. De er måske den mest præcise og informative ruter for skildrer biologiske processer og de kontekstuelle sammenhænge mellem gener, proteiner og metabolitter. Dette skyldes, at billederne er meget mere effektivt behandlet og ofte langt mere let forståeligt mennesker end tekst 1. Kvaliteten, detalje, og indholdet af pathway diagrammer kan variere betydeligt. Disse forskelle afhænger ofte på formål af vejen og færdigheder vejen kunstner. Veje skabt til uddannelsesmæssige formål såsom vægkort eller lærebøger ofte skabt af professionelle kunstnere. Som et resultat er disse pathway diagrammer er meget mere visuelt tiltalende og tilbyde betydeligt mere biologisk detaljer med afbildninger af metabolit strukturer, subcellulære komponenter, cellestrukturer, væv og organer. Disse &quot;lærebog&quot; repræsentationer omfatter ofte detaljerede noter ogkommentarer. På den anden side, pathway diagrammer designet til internet applikationer ofte nødt til at ofre artisteri og visuel rigdom til fordel for forenklede maskinlæsbare &quot;ledninger&quot; diagrammer. Disse wireframe diagrammer er lettere billede-kortlagt og hyperlinks. Forenklet pathway diagrammer er grundlaget for sådanne populære online pathway databaser som Kegg 2, MetaCyc 3, Wikipathways 4, og Reactome fem. Fremkomsten af ​​computer-kompatible pathway databaser har også ført til fremkomsten af ​​computer-kompatible vej tegneværktøjer. Med andre ord, man ikke behøver at være en professionel kunstner eller en professionel programmør til at generere brugbare pathway diagrammer. For eksempel BioCyc s Pathway værktøjer 6 og Wikipathway s PathVisio software 7 giver brugerne mulighed for frit at generere og dele maskinlæsbare veje i BioPAX 8 and / eller HTML-format. Derudover er der en række andre enkeltstående freeware pakker samt kommercielle pakker, der understøtter dannelsen af forskellige maskinlæsbare, wire-frame veje, såsom Cytoscape 9, GenMAPP 10, PathCase 11, og VisANT 12. Forenklingen af ​​internet pathway diagrammer stort set voksede fra de historiske begrænsninger, der findes i mange web-browsere og web-baserede rendering værktøjer. Men betydelige fremskridt i web-teknologier er blevet gjort, i de seneste par år. Dette antydede, at det kunne være muligt at generere interaktive, internet-kompatible pathway diagrammer, der er lige så farverig, lige så æstetisk tiltalende og lige så biologisk komplet som dem, der findes i lærebøger. Dette arbejde førte til udviklingen af ​​PathWhiz. PathWhiz blev gennemført ved hjælp af en Ruby on Rails (http://rubyonrails.org version 4.2.0) web framework indarbejde en MySQL relationsdatabase (https://www.mysql.com version 5.1.50) til at styre alle de pathway data, herunder enhed relationer, eksterne referencer, beskrivelser, visualisering specifikationer og kemiske strukturer. Front-end web-klient er kontrolleret af Ruby on Rails kombineret med Backbone.js (http://backbonejs.org version 1.0.0) som front-end web ramme for redaktøren. Oprindeligt udviklet til datasikring af det humane kun lille molekyle Pathway Database (SMPDB) 13, har PathWhiz 14 siden blevet udvidet til at støtte pathway generation for mange andre organismer og til at fungere som en generel pathway billede og videndatabase. Især denne web værktøj giver mulighed for at skabe det fulde spektrum af biokemiske / biologiske veje, herunder metaboliske, protein interaktion, molekylær signalering, fysiologiske og narkotika / smitteveje. Denne vej tegneværktøj adskiller sig fra de fleste andrepathway genererende værktøjer i tre store måder: 1) det er en web-server i stedet for en enkeltstående, installeres softwarepakke; 2) den støtter den lette produktion og interaktive visualisering af kemiske forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, cellulære membraner, subcellulære strukturer, væv og organer; og 3) det giver brugerne mulighed for nemt at låne, bygge eller forbedre arbejdet med andre brugere, hvorved &quot;crowd-fremskaffede&quot; sti generation. Som en web-server, det har flere fordele i forhold downloades, platform-specifikke softwareværktøjer. Især det er foreneligt med enhver platform, operativsystem og moderne webbrowser. Hertil kommer, at det ikke kræver, at brugeren at tilmelde sig for at begynde at oprette en sti (selvom brugere frit kan oprette en &quot;privat konto&quot; for at spore og kontrollere tilgængeligheden af ​​de veje, de skaber). Måske den mest tiltalende træk ved dette værktøj er mængden af ​​biologiske og biokemiske detalje, der let kan tilsættes tilenhver vej gennem en palet af præ-renderet billeder og en omfattende database af protein og biokemiske data. Dette giver både &quot;ikke-kunstnere&quot; og &quot;ikke-programmører&quot; for nemt at oprette farverige, æstetisk tiltalende og rigt detaljerede veje, der er web-kompatibel og fuldt maskinlæsbare. En mere detaljeret sammenligning mellem PathWhiz og andre pathway tegneværktøjer er tilvejebragt i tabel 1. En række populære life science-databaser har allerede brugt denne vej tegneværktøj til at oprette databasen specifikke, online, interaktive pathway diagrammer. For eksempel Escherichia coli metabolomet Database (ECMDB) 15 for nylig opdateret sin vej bibliotek med mere end 1.650 veje trukket hjælp webbaseret værktøj. Hver vej i ECMDB vises nu som en rigt farvet, fuldt hyperlink kort billede med detaljerede metabolit og protein struktur skildringer, samt en forenklet sort og hvid Kegg-like wire diagram. Denne store vej opdatering førte til opdagelsen af mange mellemliggende metabolitter, havde ikke tidligere er blevet medtaget i andre Escherichia coli metaboliske databaser. Andre databaser, såsom Human metabolomet Database (HMDB) 15, ikke kun stole på PathWhiz veje til at skildre og beskrive metaboliske og signalveje, men også at skildre de metaboliske ændringer, der er involveret i sygdomme som kræft. HMDB omfatter i øjeblikket 101 metaboliske veje, 376 narkotika action veje, 233 sygdom-associerede veje og 16 signalveje, alle genererede via denne web-værktøj. Følgende protokol beskriver i detaljer, hvordan PathWhiz kan anvendes til nemt at oprette, kopiere, og udbrede biokemiske veje til en række forskellige formål og anvendelser.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="501">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:189px;">Computer with colour screen</td>
			<td style="width:63px;">N/A</td>
			<td style="width:104px;">N/A</td>
			<td style="width:147px;">&#160;&#62;20 inches or &#62;50 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:189px;">Internet connection&#160;</td>
			<td style="width:63px;">N/A</td>
			<td style="width:104px;">N/A</td>
			<td>&#62;5 mbps</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:189px;">Modern web browser&#160;</td>
			<td style="width:63px;">N/A</td>
			<td style="width:104px;">N/A</td>
			<td>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)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a web tool for generating high quality machine-readable biological pathways

PathWhiz er en web-server bygget til at lette oprettelsen af ​​farverige, interaktive, visuelt tiltalende pathway diagrammer der er rige på biologisk information. De veje, der genereres af denne online ansøgning er maskinlæsbare og fuldt kompatible med stort set alle web-browsere og operativsystemer. Det bruger en specielt udviklet, web-aktiveret pathway tegning interface, der tillader Valg og placering af forskellige kombinationer af præ-trukket biologiske eller biokemiske enheder at skildre reaktioner, interaktioner, transportprocesser og bindende begivenheder. Denne palet af enheder består af kemiske forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, cellulære membraner, subcellulære strukturer, væv og organer. Alle de visuelle elementer i det kan interaktivt justeres og tilpasses. Desuden fordi dette værktøj er en web-server, alle veje og pathway elementer er offentligt tilgængelige. Denne form for sti &quot;crowdsourcing&quot; betyder, at PathWhizallerede indeholder en stor og hastigt voksende samling af tidligere trukket stier og pathway elementer. Her beskriver vi en protokol for den hurtige og lette oprettelsen af ​​nye veje og ændring af eksisterende veje. For yderligere at lette vej redigering og skabelse, værktøjet indeholder replikation og formering funktioner. Den replikering funktion kan eksisterende veje, der skal bruges som skabeloner til at oprette eller redigere nye veje. Udbredelsen funktion gør det muligt at tage en eksisterende sti og automatisk udbrede det på tværs af forskellige arter. Pathways er oprettet med dette værktøj kan være &quot;re-stylet&quot; i forskellige formater (Kegg-lignende eller tekst-bog lignende), farvet med forskellige baggrunde, der eksporteres til BioPAX, SBGN-ML, SBML eller PWML dataudvekslingsformater, og downloades som PNG eller SVG-billeder. Veje kan nemt indarbejdes i online databaser, integreret i præsentationer, plakater eller publikationer, eller udelukkende anvendes til online visualisering og udforskning. Denne pRotocol er blevet anvendt med succes til at generere over 2.000 pathway diagrammer, som nu findes i mange online-databaser, herunder HMDB, DrugBank, SMPDB, og ECMDB.

Webserveren vigtigste pathway generation værktøj er beskrevet i dette manuskript er vist i figur 1 og figur 2. Menu muligheder som hver fane vises også. Figur 3 og 4 giver et sæt screenshots af vejen skabelsesprocessen. Figur 5 indeholder en række screenshots af skabelsen reaktion processen. Figur 6 viser den online vej viewer og dens menu. PathWhiz kan anvendes til at generere veje med forskellige indholdstyper og stilarter. Disse omfatter &quot;traditionelle&quot; metaboliske veje (figur 7), sygdom og narkotika veje viser bivirkninger (Figur 8) og narkotika reaktioner (figur 9), samt protein signalveje (figur 10). Veje kan farvestrålende med betydelig biologisk detaljer eller de kan omdannes til enkel sort og hvid repræsentationer (figur 11). Når afsluttet, kan disse veje ses i den interaktive vej viewer (figur 6), downloades som billeder eller eksporteres i flere forskellige maskinlæsbare dataudvekslingsformater til yderligere analyse. Bemærk, at kvaliteten af ​​de forskellige dataudvekslingsformater afhænger af kvaliteten af ​​data indtastet, da den oprindeligt tegne vejen. For eksempel vil tilføje mere reaktion detalje (dvs. støkiometri, biologiske tilstande) producere mere omfattende BioPAX. På den anden side, veje tegnet med overlappende elementer (for visuelle årsager, såsom at vise bundne elementer eller proteinkomplekser) kan også producere overlappende glyffer i SBGN-ML. <img alt="figur 1" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig1.jpg" /> Figur 1: Pathway Editor Interface. Redaktøren Interface er komposed af 3 hovedafsnit: en top hovedmenu bar, en sekundær menu og en inddelte lærred. Den øverste hovedmenu bar (lilla) indeholder links til at få vist, redigere og oprette pathway elementer. Den lavere sekundær menu bar (grå) indeholder links til at tilføje og redigere visuelle pathway elementer i den aktuelle vej diagram, såsom reaktioner, interaktioner, transportprocesser, sub-veje, forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, samt membraner, cellulære / subcellulære billeder, zoom kasser, og etiketter. Denne menu indeholder også to faner, der tillader redigering af udvalgte elementer eller redigering af lærredet. Det inddelte hvidt lærred under menulinjer er hvor reaktionsveje og processer vil blive tilføjet. Zoom-boksen fungerer som et visuelt stikord til at angive forstørrelsen af ​​et udvalgt område i et billede. Den består af en lille firkant, der er forbundet til en re-betragtelig firkant. Den lille firkant er placeret på det område, der skal udvides eller zoomet, mens firsidede fungerer som et lærred, hvor man kan tilføje the reaktioner, der sker i det valgte område (ved den mindre firkant). Rediger zoom boksen ved at dobbeltklikke på den for at få adgang til dens sidebar. Redigering muligheder omfatter drop down lister for skabelon, farve, og z-index. Det gør orientering af zoom boksen kan ændres ved at vælge top, højre, venstre eller nederst i fanen skabelonen. Når zoom er markeret, kan de sorte cirkler trækkes for at ændre størrelsen og omformatere de forskellige zoom box komponenter. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig1large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig2.jpg" /> Figur 2: Pathway Editor Menuer. Redaktøren menuer giver muligheder for at tilføje processer og elementer, samt at redigere de eksisterende elementer og lærredet. (A) &quot;Pathway&quot; link giver muligheder for at &quot;Rediger Detaljer&quot; og<html> &quot;Export og View&quot;. Den &quot;Rediger Detaljer&quot; valgmulighed tillader redigering af vejen beskrivelse og referencer mens &quot;Export og View&quot; valgmulighed tillader generation eller regenerering af billedfiler. (B) &quot;Tilføj Process&quot; linket giver muligheder for at tilføje en reaktion, interaktion, bindende begivenhed, transport begivenhed, reaktion koblede transport, eller sub-vej til lærredet. (C) &quot;Tilføj indholdsløse Element&quot; link giver muligheder for tilsætning af en forbindelse, et protein, en nukleinsyre, et element samling eller en kant til lærredet. Disse elementer vil dukke op i øverste venstre hjørne af lærredet. Et vilkårligt element vises i lærredet ved siden af ​​pop-up sidebar, hvor brugeren kan søge efter den ønskede element eller ændre detaljerne for elementet. Elementet bør inkorporeres i vejen, før du tilføjer nye indholdsløse elementer, for at opretholde sti pænheden._upload / 54869 / 54869fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik her for at se en større version af dette tal. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig3.jpg" /> Figur 3: Pathway indeksformular. Den vej indeks tilbyder en samling af de eksisterende veje og et søgefelt til at søge efter bestemte veje. Veje kan filtreres efter navn, type, art, og skaberen ved hjælp af filteret bar på toppen af ​​indekset bordet. De kan også søges efter navn ved hjælp af søgelinjen øverst på siden. Åbning af &quot;Avanceret søgning&quot; giver mere specifikke søgninger af kombinationer af biologiske tilstand, type, art, sammensatte, og protein. Den avancerede søgning giver mulighed for brug af AND, OR, og NOT logiske operatorer til at skabe komplekse forespørgsler. Hver vej indeholder 5 knapper: &quot;Show&quot;, &quot;Rediger&quot;, &quot;Uafgjort&quot;, &quot;Ødelæg&quot; og &quot;Repliker&quot;. Knappen &quot;Show&quot;tillader visning af vejen ved hjælp af Viewer. Den &quot;Rediger&quot; -knappen tillader redigering af vejen metadata, herunder navn, type, art, beskrivelse og reference. Den &quot;Uafgjort&quot; knappen tillader redigering af lærredet indeholder vejen. Den &quot;Ødelæg&quot; knappen tillader fjernelse af vejen fra databasen (hvis brugeren har tilladelse). Den &quot;Repliker&quot; knappen tillader replikation af den valgte vej. De &quot;Tidligere&quot; og &quot;Næste&quot; knapper tillader brugeren at navigere mellem sider af veje. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig3large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig4.jpg" /> Figur 4: Opret ny Pathway Form. &quot;Ny Pathway&quot; knappen (se figur 3) fører til vejen viste form her. Denne formular indeholderfelter for vejen navn, type, art og beskrivelse. &quot;Ny Pathway&quot; -knappen giver også en til at starte fra en eksisterende sti og tilføje referencer. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig4large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig5.jpg" /> Figur 5: Opret ny Reaction Form. &quot;Tilføj Process&quot; link giver brugerne mulighed for at tilføje en ny proces, såsom en reaktion eller bindende begivenhed. Tilføjelse af en proces skaber en reaktion model, hvorfra reaktion visualiseringer kan genereres og lægges til pathway diagrammer. Reaktionen model og visualisering er selvstændige enheder. (A) omsætningen felt tillader søgningen efter en eksisterende reaktion ved reaktant, produkt eller enzym. De biologiske statslige felt tillader søger og vælge en eksisterende Biológical tilstand. Når en reaktion er valgt, kan de tilsvarende enzymer tilføjes med knappen &quot;Tilføj Enzyme&quot;, som vil bringe op et enzym autocomplete boks. De gør muligheder tillader brugeren at vælge den retning, de ønsker at reaktionen skal gøres. En ny reaktion kan skabes gennem (b) &quot;Ny Reaction&quot; knappen, hvilket fører til en ny tilbagemeldingsformularen hvor der kan tilsættes elementer og enzymer. Når alle felter er udfyldt, kan reaktionen blive skabt gennem &quot;Opret Reaktion&quot; knappen. For at redigere den underliggende reaktion model bør man forlade vejen illustrator, gå til reaktionen indekset, og finde og redigere reaktionen der. For at forhindre datauoverensstemmelser og utilsigtet ændring af eksisterende veje, er det ikke muligt at ændre reaktanter / produkter eller fjerne enzymer fra en reaktion model, hvis den allerede har visualiseringer i eksisterende veje. Således redigering reaktionen modellen ikke automatisk opdatere eksisterende reaktionvisualiseringer. For at ændre en reaktion model man skal re-tilføje den tilsvarende visualisering til vejen diagrammet for ændringer vises. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig5large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig6.jpg" /> Figur 6: Pathway Viewer. De øverste højre seer-interface knapper give grundlæggende navigation, zoom, og skærmen skifte handlinger. Den centrale viewport viser vejen, der kan navigeres ved at klikke og trække, eller zoome ved hjælp af en mus. Den vej elementer vises, hyperlinks til andre veje og databaser (f.eks HMDB, DrugBank, UniProt). Den side menubjælke viser en beskrivelse af vejen med henvisninger leveret af brugeren. Den side Menuen viser også faneblade &quot;Highlight&quot;, &quot;Analyser&quot;, &quot;Gørwnloads &quot;og&quot; Indstillinger &quot;. Den&quot; Fremhæv &quot;fane giver forbindelser og enzymer, der skal vælges, og fremhævet med rødt. Den&quot; Analyser &quot;fane kan eksperimentelle koncentration data, der skal indtastes, som derefter mappet til sti ved hjælp af en farve gradient. Den &quot;Downloads&quot; fanen giver links til de tilsvarende downloades billedfiler og data udveksle filer. Den PNG-fil er en mindre ikke-vektor billedfil. SVG + BioPAX links giver større vektor billedfiler med indlejret BioPAX, for maskine-læsbarhed. de BioPAX, SBML, SBGN, og PWML links giver forskellige maskinlæsbare formater. fanen &quot;Indstillinger&quot; giver mulighed for visuel tilpasning af det viste sti billedet. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig6large.jpg" target="_blank">klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 7" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig7.jpg" /><br/&gt; Figur 7: Metabolic Pathway billede. Dette er et eksempel på en &quot;traditionel&quot; metabolisk vej, der beskriver biosyntesen og nedbrydning af en særlig forbindelse (D-serin). Den vigtigste metabolit er placeret i centrum af bunden og reaktions- og transport pilene (kanter) viser strømmen af ​​vejen. Kanter og elementer kan automatisk blive &quot;knækkede&quot; sammen, dvs tilsluttet. Element snap punkter angives med gennemsigtige røde cirkler på elementet sider, og kant start / slutpunkter er repræsenteret ved gennemsigtige grå cirkler på kant ender. Snap punkter slå en gennemsigtig grøn, når svævede over, og en solid grønt, når valgt. For at fastgøre en kant til et element, skal du først klikke på enten kanten start / slut eller elementet snap punkt (det vil slå fast grøn). Klik derefter på kanten start / slut eller elementet snap punkt, der skal tilsluttes. Kanten vil automatisk forbinde sig til snap punkt, og forblive tilsluttet until det er fjernet (ved at dobbeltklikke på kanten og trække slutpunktet væk, eller at tilslutte den til en anden snap punkt). Det er vigtigt at være opmærksom på ved et uheld at vælge snap punkter, da dette kan have utilsigtede konsekvenser, når de forsøger at flytte kanter rundt. Det faste grønne farve af udvalgte snap punkter er beregnet til at advare brugeren om at snap point, de har valgt i øjeblikket. Snap punkter kan fravælges ved at klikke på dem en anden gang. Kanter kan også tilsluttes igen til deres oprindelige elementer. Når en kant er valgt, besøger &quot;Rediger Selected&quot; menuen linket og derefter på linket &quot;Rediger Edge&quot;. Dette vil bringe op muligheder for automatisk at oprette forbindelse kanten i forskellige retninger. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig7large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 8" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig8.jpg" /> &lt;br /&gt; Figur 8: Sygdom Pathway billede. Dette er et eksempel på en sygdom, vej, der viser de ramt af sygdommen (Sarcosin Oncometabolite vejen) organer. Ekstra billede elementer bruges til at skildre stigningen eller faldet i metabolitkoncentrationer og deres ophobning eller bortledning. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig8large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 9" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig9.jpg" /> Figur 9: Drug Pathway billede. Dette er et eksempel på et lægemiddel vej, der viser de organer, hvor lægemidlet metaboliseres (Ibuprofen vejen). Farven omkring lægemiddelmetabolit sædvanligvis afbildet som pink. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig9large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: holde-together.within-side = &quot;1&quot;&gt; <img alt="Figur 10" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig10.jpg" /> Figur 10: Protein signaleringsvej Image. Dette er et eksempel på en signalvej, der viser en samling af signalering reaktioner mellem forskellige proteiner (EGFR vejen). Proteiner kan være afbildet med flere farver, og de kan være repræsenteret enten ved navn proteinet eller underenheden navn. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig10large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 11" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig11.jpg" /> Figur 11: Farverige vs Simple Pathway Images. Farverige veje kan genereres med rig biologisk sammenhæng enten en hvid eller blå baggrund (a). Folat stofskifte er afbildet her. Enkel, Kegg-lignende veje kan også være generated hjælp af en simpel sort og hvid repræsentation (b). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig11large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 12" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig12.jpg" /> Figur 12 suboptimal Pathway billede. Et billede skildrer, hvad en suboptimal vejen (TCA Cycle) ser ud. Overlappende elementer og krydser kanter gør vejen uforståelig. Dette kan ske, hvis reaktionen elementer er ikke omhyggeligt eller korrekt manipuleret på lærredet. Manipulering de elementer, der har mere end to forskellige skabelon typer for forbindelserne (Large, Medium, Small Forbindelse Visualisering eller Drug Visualisering, cofaktor visualisering, Simple Bottom, Venstre Højre eller Top Visualisering) fører til flere billedfiler uoverensstemmelser. Template typer er vist i trin 1.15.2. Ikke forbinder the kanter påvirker strømmen af ​​billedet fører til dårlig fortolkninger af reaktionsvejen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig12large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td> PathWhiz </td><td> VANTED </td><td> PathVisio </td><td> pathway Værktøj </td><td> VisANT </td></tr><tr><td> Web Server </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> installerbar Program </td><td> Ingen </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Protein Veje </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ja </td></tr><tr><td> metaboliske veje </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Gem som PNG / JPG</td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> Gem som HTML </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ja </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> Gem som SVG </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Gem som PDF </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Gem som BioPAX </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Gem som SBML </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Gem som SBGN-ML </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> Identifier Mapping </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Membrane rendering </td><td> Ja </td><td> Ingen </td&gt; <td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> organel rendering </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> organ rendering </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> Color Rich billeder </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> pathway Beskrivelse </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ja </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> Pathway DB Link </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> pathway inferens </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ingen </td><td> Ja </td><td> Ingen </td></tr><tr><td> Eksp. data-overlay </td><td> Ingen </td><td> Ja </td><td> Ingen </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> pathway Analysis </td><td> Ingen </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td&gt; Ja </td><td> Ja </td></tr></tbody></table> Tabel 1: Feature sammenligning. En funktion sammenligning af flere fælles pathway redigering / rendering værktøjer. Supplerende Fil 1: Eksempel på TCA Cyklus Beskrivelse for PathWhiz Pathway. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54869/Supplementary_material_-_The_citric_acid_cycle.doc">Klik her for at downloade den supplerende fil.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Web Tool for Generating High Quality Machine-readable Biological Pathways at JoVE.com

A Web Tool for Generating High Quality Machine-readable Biological Pathways

PathWhiz er en omfattende, online vej tegning værktøj til at generere biokemiske og biologiske veje. Det bruger offentligt tilgængelige databaser og let udvides paletter, der består af pre-trukket pathway komponenter. Denne protokol beskriver, hvordan man nemt bygge nye veje, kopiere og redigere eksisterende veje, og udbrede tidligere trukket veje til forskellige organismer.

En Web værktøj til at generere høj kvalitet maskinlæsbare biologiske veje

PathWhiz is a web server built to facilitate the creation of colorful, interactive, visually pleasing pathway diagrams that are rich in biological ...

Research

JoVE Journal

Biology

A Gradient-generating Microfluidic Device for Cell Biology

 The fabrication and operation of a gradient-generating microfluidic device for studying cellular behavior is described.  A microfluidic platform is an ...

A Neuronal and Astrocyte Co-Culture Assay for High Content Analysis of Neurotoxicity

High Content Analysis (HCA) assays combine cells and detection reagents with automated imaging and powerful image analysis algorithms, allowing ...

Lensless On-chip Imaging of Cells Provides a New Tool for High-throughput Cell-Biology and Medical Diagnostics

Conventional optical microscopes image cells by use of objective lenses that work together with other lenses and optical components. While quite ...

Quantification of dsDNA using the Hitachi F-7000 Fluorescence Spectrophotometer and PicoGreen Dye

Quantification of DNA, especially in small concentrations, is an important task with a wide range of biological applications including standard molecular ...

A Noninvasive Hair Sampling Technique to Obtain High Quality DNA from Elusive Small Mammals

Noninvasive genetic sampling approaches are becoming increasingly important to study wildlife populations. A number of studies have reported using ...

Absolute Quantum Yield Measurement of Powder Samples

Absolut kvantumudbytte Måling af pulverprøver

Measurement of fluorescence quantum yield has become an important tool in the search for new solutions in the development, evaluation, quality control and ...

Using SecM Arrest Sequence as a Tool to Isolate Ribosome Bound Polypeptides

Brug SecM Arrest Sequence som et redskab til at isolere ribo bundne polypeptider

Extensive research has provided ample evidences suggesting that protein folding in the cell is a co-translational process1-5. However, the exact pathway ...

Generation of High Quality Chromatin Immunoprecipitation DNA Template for High-throughput Sequencing (ChIP-seq)

Generation of High Quality Chromatin Immunoprecipitation DNA Template for High-throughput Sequencing ChIP-seq

Generering af høj kvalitet Chromatin Immunoprecipitation DNA Skabelon til High-throughput sekventering (Chip-seq)

ChIP-sequencing (ChIP-seq) methods directly  offer whole-genome coverage, where combining chromatin immunoprecipitation  (ChIP) and massively parallel ...

High Throughput Microinjections of Sea Urchin Zygotes

High Throughput Microinjections af søpindsvin Zygoter

Microinjection into cells and embryos is a common technique that is used to study a wide range of biological processes. In this method a small amount of ...

siRNA Screening to Identify Ubiquitin and Ubiquitin-like System Regulators of Biological Pathways in Cultured Mammalian Cells

siRNA Screening at identificere Ubiquitin og ubiquitinlignende System Regulators Biologisk Pathways i dyrkede pattedyrceller

Post-translational modification of proteins with ubiquitin and ubiquitin-like molecules (UBLs) is emerging as a dynamic cellular signaling network that ...