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 ønsker å takke den kanadiske Institutes of Health Research (CIHR) og Genome Alberta, en divisjon av Genome Canada, for 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 ikke noe å avsløre.

Protokollen er beskrevet her for å skape en enkel metabolismeveien (TCA-syklus) kan tilpasses for å skape en lang rekke maskinlesbare Biologisk komplekse trasé for noen arter. Videre denne protokollen beskriver også hvordan man kan kopiere eller spre eksisterende trasé laget av andre brukere. Konstruere en gangsti ved hjelp av dette verktøyet krever gjentatte trinnvise tillegg av reaksjoner, interaksjoner, transportprosesser, og under trasé, som hver er forbundet med overlappende elementer. Putting alle disse sammen gjør det mulig å lage fargerike, visuelt behagelig sti diagrammer som gir betydelig biologisk detaljer og nyttig biologisk sammenheng. Trinnene som er beskrevet i denne protokollen er forholdsvis enkel, og den tid det tar å bygge opp en bane diagram som avhenger av størrelsen og kompleksiteten av veien. Med litt øvelse kan de fleste individer gjengi en høy kvalitet sti diagram som består av ca 15-20 reaksjoner eller behandler end flere cellulære komponenter i ca 15 min. En helt ny bruker kan ta opptil 30-40 min for å generere en sti av tilsvarende størrelse og kompleksitet. Den tid som er nødvendig for å generere en bane er omtrent lineært med antall reaksjoner / prosesser som skal gjengis. Opprette en høy kvalitet vei gjennom denne web-basert verktøy avhenger av kvalitet og detaljer av kildematerialet (trasé fra bøker, elektroniske databaser, eksperimentelle data, håndtegnede skisser) og fastidiousness av veien &quot;artist&quot;. De som ønsker å generere høyere kvalitet pathway diagrammer bør være spesielt oppmerksom på avsnittene 1.11, 1.15 og 1.20 i protokollen, siden disse avsnittene beskriver etablering og redigering av reaksjons elementer (reagenser / produkter, enzymer, kanter, bilder, zoom esker, etiketter, og membraner). De beste pathway diagrammer vil intelligent amalgamert informasjon fra så mange eksisterende representasjoner av veien som mulig, inkludert de som er funnet i books, plakater, aviser og online databaser. En annen nøkkel til å generere høy kvalitet trasé er nøye kontrollere riktigheten av reaksjonene før du oppretter en reaksjon (gjennom § 1.11 av protokollen). Tar tid og krefter på å sikre reagenser, produkter og enzymer involvert (mange av disse allerede finnes i PathWhiz store database) er riktig for hver art er svært viktig. Det er også viktig å være klar over den cellulære lokalisering av reaksjoner, og for å inkludere viktige cellulære eller subcellulære komponenter for å tilveiebringe den riktige biologisk sammenheng. Dette kan gjøres ved å sjekke og bekreftende reaksjonen gjennom elektroniske databaser som Uniprot. Å ha all nødvendig informasjon for hånden, sammen med en røff, håndtegnet skisse av veien som skal opprettes vil i stor grad redusere feil og den totale tiden brukt på tegning eller gjengivelse. Som forventet, vil større og mer komplekse stier tar lengre tid å gjengi, particularly hvis de ønskede elementer og prosesser ikke allerede er i PathWhiz database. Når du arbeider med større veier, er det vanligvis lurt å bytte fra autolagringsmodus til Manuell sparemodus, for å unngå en lang forsinkelse mellom handlinger. Når replikere en vei, hvor lenge brukeren måtte vente på veien som skal genereres, avhenger av antallet av elementer i reaksjonsveien. De fleste veier kan replikeres i ca 1-2 min. Når spre en sti, vellykket gjengivelse av den nylig spredte veien avhenger av hvor like de to artene er, som PathWhiz bruker BLAST 17 sekvens søker å finne homologe enzymer mellom arter. Større trasé vil være tregere til å forplante fordi BLAST må kjøre på et større antall enzymer. Forsøk på å forplante trasé mellom signifikant ulike arter (for eksempel mellom gjær og menneske) vil resultere i trasé blir utført med et antall av ukjente proteiner. Disse &quot;fjernt&quot; propagated trasé vil vanligvis kreve ekstra manuell redigering. På grunn av den svært visuell natur sti diagrammer og detaljer som kan bringes til en sti, er det alltid en god idé å arbeide på en datamaskin med en forholdsvis stor skjerm (&gt; 20 inches eller&gt; 50 cm) og en god internettforbindelse (&gt; 5 mbps). Hvis problemer med rendering eller skjerm forfriskende er oppstått, kan brukeren trenger å gjøre en liten mengde feilsøking. Hvis en stor, kompleks sti tar for lang tid å oppdatere, kan brukeren må oppdatere siden. Hvis en banen ikke forplante som forventet, kan brukeren trenger å gjøre noen manuell redigering for å sikre at alle elementer vises riktig. Også, som et mer konkret eksempel, hvis elementene i en reaksjon ikke vises, kan brukeren må sørge for at alle elementer eller enzymer er riktig valgt og kantene er ikke skjult. &quot;Hjelp&quot; linken på hovedsiden overskriften kan være nyttig hvis det oppstår et problem. En tutorial ertilgjengelig under &quot;Tutorial&quot; -fanen og bruksanvisning er tilgjengelig under &quot;User Guides&quot; tab. Begge forklare mange av verktøyets funksjoner i detalj. Brukerhåndboken kan brukes til å feilsøke eller forklare eventuelle begrensninger for en bestemt funksjon, for eksempel når en bruker låser en sti og senere ønsker å redigere den. Som fremhevet gjennom denne protokollen og gjennom eksemplene i de medfølgende figurene, tilbyr dette verktøyet en rekke unike funksjoner som ikke finnes i noen (eller de fleste) andre veien tegneverktøy (se tabell 1). Først er det fullt web-basert og helt plattformuavhengig. For det andre støtter den gjengivelse og lettvinte generasjon av fargerike, biologisk komplekse, visuelt tiltalende, fullt hyperkoblet sti diagrammer som også kan konverteres til maskinlesbare formater (BioPAX, SBGN-ML 18, SBML 19, PWML 14). Tredje, sti diagrammer slekterted av dette verktøyet kan bladde, søkte, valgt og lett utforskes gjennom en lett-å-bruke online database og vise grensesnitt. Fjerde, web verktøy utviklet for å støtte fellesskapet pathway bidrag, noe som åpner for &quot;bane crowdsourcing&quot; som oppfordrer til deling og generering av nye veier og nye sti elementer. Pathways genereres av denne web-basert verktøy kan brukes til en rekke applikasjoner. Rikt detaljert, fullstendig hyperkoblet pathways lett kan integreres i organismespesifikke databaser for proteomikk, metabolomics eller systembiologi applikasjoner. Internett-tilgjengelige banene er spesielt nyttig for utdannings- og opplæringsøyemed, så detaljene er tilgjengelige via web-baserte bilder er ofte mye større enn det som kan vises via et statisk bilde eller gjennom en enkelt lærebok eller journal side. Dette nettbaserte verktøyet støtter også generering av pathway representasjoner som er mer egnet for trykking og publisering.Som et resultat av mange bilder generert av denne web-basert verktøy som vises i aviser, plakater og lysbildepresentasjoner. Eksportere trasé til tekstbaserte datautveksling filformater (for eksempel BioPAX og SBML) åpner for trasé generert ved hjelp av denne web-serveren som skal brukes direkte i beregningsorientert analyse for systembiologi eller metabolske modelleringsprogrammer. Forplanter trasé mellom artene gjør slutninger gjøres om biologiske prosesser, spesielt blant de artene som har ganske nylig blitt sekvensert. Selv om ikke alle eksisterende trasé i dag eksisterer i PathWhiz, fortsetter sin offentlig vei database til å vokse, noe som fører til fremveksten av nye, crowdsourcing pathway samlinger. Disse samlingene vil ikke bare være lett utvides til nye arter, de vil forhåpentligvis føre til en dypere forståelse av deres unike biologi og biokjemi.

Biologiske spredningsveier diagrammer er som skissene for livet forskere. De er kanskje de mest konsise og informative ruter for skildrer biologiske prosesser og de kontekstuelle sammenhenger mellom gener, proteiner og metabolitter. Dette er fordi bildene er mye mer effektivt behandlet og ofte mye lettere forstås av mennesker enn tekst 1. Kvaliteten, detaljer og innhold av hovedbane diagrammer kan variere betydelig. Disse forskjellene ofte avhenge av det tiltenkte formålet med sti og ferdigheter av veien artist. Pathways opprettet for pedagogiske formål, for eksempel plansjer eller lærebøker er ofte laget av profesjonelle kunstnere. Som et resultat av disse spredningsveier diagrammene er mye mer visuelt behagelig og gir betydelig mer biologisk detalj med full fremstillinger av metabolitt strukturer, subcellulære komponenter, cellestrukturer, vev og organer. Disse &quot;lærebok&quot; representasjoner inneholder ofte detaljerte notater ogkommentarer. På den annen side, pathway diagrammer utformet for internettapplikasjoner må ofte ofre artisteri og visuelle rikdommen i favør av forenklede maskinlesbar &quot;ledningsnett&quot; diagrammer. Disse ramme svømme diagrammer er lettere bilde kartlagt og hyperkobling. Forenklet pathway diagrammer er grunnlaget for slike populære online pathway databaser som KEGG 2, MetaCyc 3, Wikipathways 4, og Reactome 5. Fremveksten av data kompatibel pathway databaser har også ført til utseendet av data kompatibel sti tegneverktøy. Med andre ord, en trenger ikke å være en profesjonell kunstner eller en profesjonell programmerer for å generere brukbar sti diagrammer. For eksempel, BioCyc er Pathway verktøy 6 og Wikipathway er PathVisio programvare syv tillate brukere å fritt generere og dele maskinlesbare trasé i BioPAX 8 and / eller HTML-format. I tillegg finnes det en rekke andre frittstående freeware- pakker så vel som kommersielle pakker som støtte for generering av forskjellige maskinlesbar, tråd-ramme reaksjonsveier, slik som Cytoscape 9, GenMAPP 10, PathCase 11, og VisANT 12. Forenkling av internett pathway diagrammer i stor grad vokste fra de historiske begrensninger som finnes i mange nettlesere og web-baserte rendering verktøy. Imidlertid har betydelige fremskritt innen web-teknologi blitt gjort de siste årene. Dette antydet at det kunne være mulig å generere interaktive, internett-kompatibel pathway diagrammer som er like fargerike, akkurat som estetisk tiltalende og like biologisk komplett som de som finnes i lærebøker. Dette arbeidet førte til utviklingen av PathWhiz. PathWhiz ble gjennomført ved hjelp av en Ruby on Rails (http://rubyonrails.org, versjon 4.2.0) web framework omfatter en MySQL relasjonsdatabase (https://www.mysql.com, versjon 5.1.50) for å administrere alle pathway data, inkludert foretakets relasjoner, eksterne referanser, beskrivelser, visualisering spesifikasjoner og kjemiske strukturer. Front-end web klient er kontrollert av Ruby on Rails kombinert med Backbone.js (http://backbonejs.org, versjon 1.0.0) som front-end web rammeverk for redaktøren. Opprinnelig utviklet for bevaring av menneske-bare lite molekyl Pathway Database (SMPDB) 13 har PathWhiz 14 siden blitt utvidet til å støtte pathway generasjon for mange andre organismer, og til å fungere som en generell reaksjonsvei bilde og kunnskapsdatabase. Spesielt gjør dette web verktøy for etablering av hele spekteret av biokjemiske / biologiske pathways inkludert metabolske, protein interaksjon, molekylær signalering, fysiologiske, og narkotika / sykdomsforløp. Denne veien tegneverktøy er forskjellig fra de fleste andrepathway genererende verktøy i tre store måter: 1) Det er en web-server i stedet for en frittstående, installeres programvarepakke; 2) den støtter den lettvinte generasjon og interaktiv visualisering av kjemiske forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, cellemembraner, subcellulære strukturer, vev og organer; og 3) det lar brukerne enkelt kan låne, bygge eller forbedre arbeidet til andre brukere, og dermed lar &quot;publikum-hentet&quot; bane generasjon. Som en web-server, den har flere fordeler fremfor nedlastbare, plattformspesifikke programvareverktøy. Spesielt er den kompatibel med alle plattformer, operativsystem og moderne nettleser. Videre betyr det ikke krever at brukeren må registrere deg for å begynne å lage en sti (selv om brukere kan fritt opprette en &quot;privat konto&quot; for å spore og kontrollere tilgjengeligheten av banene de skaper). Kanskje den mest tiltalende trekk ved dette verktøyet er mengden av biologiske og biokjemiske detaljer som enkelt kan legges innnoen vei gjennom en palett av pre-rendret bilder og en omfattende database med protein og biokjemiske data. Dette gjør at både &quot;ikke-kunstnere&quot; og &quot;ikke-programmerere&quot; for enkelt å lage fargerike, estetisk tiltalende og rikt detaljerte veier som er web-kompatibel og fullt maskinlesbare. En mer detaljert sammenligning mellom PathWhiz og andre veien tegneverktøy er gitt i tabell 1. En rekke populære life science databasene har allerede brukt denne veien tegneverktøy for å lage databasespesifikke, online, interaktive pathway diagrammer. For eksempel Escherichia coli metabolomet Database (ECMDB) 15 nylig oppdatert sin vei bibliotek med mer enn 1650 trasé tegnet ved hjelp av web-basert verktøy. Hver vei i ECMDB vises nå som et rikt farget, fullt hyperbildekart med detaljerte metabolitt og protein struktur skildringer, samt en forenklet svart og hvitt KEGG-like ledning diagram. Denne store pathway oppdatering førte til oppdagelsen av mange mellomliggende metabolitter som ikke hadde vært tidligere inkludert i andre Escherichia coli metabolske databaser. Andre databaser, for eksempel Human metabolomet Database (HMDB) 15, ikke bare stole på PathWhiz trasé for å skildre og beskrive metabolske og signalveier, men også for å skildre de metabolske forandringer som er involvert i sykdommer som kreft. HMDB omfatter i dag 101 metabolske veier, 376 narkotika handling trasé, 233 sykdomsassosierte trasé og 16 signalveier, alle generert gjennom denne web-verktøyet. Følgende protokoll beskriver i detalj hvordan PathWhiz kan brukes til å enkelt opprette, kopiere og spre biokjemiske mekanismer for en rekke formål og bruksområder.

<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 rette for etablering av fargerike, interaktive, visuelt behagelig sti diagrammer som er rike på biologisk informasjon. Trasé som genereres av denne elektroniske søknaden er maskinlesbar og fullt kompatibel med vesentlig alle nettlesere og operativsystemer. Den bruker en spesialutviklet, web-aktivert veien tegning grensesnitt som tillater valg og plassering av ulike kombinasjoner av pre-tegnet biologiske eller biokjemiske enheter for å skildre reaksjoner, interaksjoner, transportprosesser og bindende hendelser. Denne palett av enheter som består av kjemiske forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, cellemembraner, subcellulære strukturer, vev og organer. Alle de visuelle elementene i det kan interaktivt justeres og tilpasses. Videre, fordi dette verktøyet er en web-server, alle veier og sti elementer er offentlig tilgjengelig. Denne typen bane &quot;crowdsourcing&quot; betyr at PathWhizallerede inneholder en stor og raskt voksende samling av tidligere trukne stier og sti elementer. Her beskriver vi en protokoll for rask og enkel etablering av nye stier og endring av eksisterende veier. For ytterligere å lette veien redigering og oppretting, inneholder verktøyet replikering og forplantning funksjoner. Replikering funksjonen kan eksisterende trasé som skal brukes som maler for å opprette eller redigere nye veier. Utbredelsen funksjonen gjør det mulig å ta en eksisterende sti og automatisk forplante det på tvers av ulike arter. Pathways opprettet med dette verktøyet kan være &quot;re-stylet&quot; i ulike formater (KEGG lignende eller tekst-bok lignende), farget med ulik bakgrunn, eksporteres til BioPAX, SBGN-ML, SBML, eller PWML data utvekslingsformater, og ned som PNG eller SVG-bilder. Trasé kan lett bli innarbeidet i online databaser, integrert i presentasjoner, plakater eller publikasjoner, eller brukes kun for online visualisering og utforskning. dette protocol har blitt brukt til å generere over 2000 pathway diagrammer, som nå finnes i mange online databaser inkludert HMDB, DrugBank, SMPDB, og ECMDB.

Nettjenerens viktigste sti genereringsverktøy er beskrevet i dette manuskriptet er vist i Figur 1 og Figur 2. Menyalternativene som tilbys av hver kategori er også vist. Figurene 3 og 4 gir et sett med skjermbilder av veien prosessen. Figur 5 gir et sett med skjermbilder av reaksjonen prosessen. Figur 6 viser den elektroniske veien seer og sin meny. PathWhiz kan brukes til å generere veier med forskjellige innholdstyper og stiler. Disse inkluderer &quot;tradisjonelle&quot; metabolske veier (figur 7), sykdom og narkotika trasé viser bivirkninger (figur 8) og narkotika svar (figur 9), samt proteinsignalveier (figur 10). Pathways kan bli rikt farget med betydelig Biolokirurgiske detalj eller de kan omdannes til enkel svart og hvitt representasjoner (figur 11). Etter fullført, kan disse banene sees i den interaktive pathway viewer (figur 6), lastes ned som bilder, eller eksporteres i flere forskjellige maskinlesbare data utvekslingsformater for videre analyse. Legg merke til at kvaliteten på de ulike datautvekslingsformater er avhengig av kvaliteten på data matet inn når opprinnelig tegning veien. For eksempel vil legge mer reaksjon detaljer (dvs. støkiometri, biologiske tilstander) produsere mer omfattende BioPAX. På den annen side veier tegnet med overlappende elementer (for visuelle grunner, for eksempel som viser bundne elementer eller proteinkomplekser) kan også fremoverlappende symboler i SBGN-ML. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig1.jpg" /> Figur 1: Pathway Editor Interface. Redaktøren Interface er composed av 3 hoveddeler: en topp hovedmenyen, en sekundær meny og et rutenett lerret. Den øverste hovedmenyen (lilla) gir lenker for å se, redigere og opprette pathway elementer. Ungdomsmenylinjen (grå) inneholder lenker til å legge til og redigere visuelle pathway elementer i strømbanen diagram, for eksempel reaksjoner, interaksjoner, transportprosesser, under veier, forbindelser, proteiner, nukleinsyrer, samt membraner, cellular / subcellulære bilder, zoom bokser og etiketter. Denne menyen inneholder også to kategorier som tillater redigering av utvalgte elementer eller redigering av lerretet. Den rutenett hvitt lerret under menylinjer er der reaksjonsveier og prosesser vil bli lagt til. Zoom boksen fungerer som en visuell kø for å angi forstørrelse av et valgt område i et bilde. Det består av en liten firkant som er koblet til en re-betydelig firkant. Den lille plassen er plassert på området som skal utvides eller zoomet, mens firkanten fungerer som et lerret der man kan legge til the reaksjoner som skjer i det valgte området (med mindre firkant). Rediger zoom boksen ved å dobbeltklikke på den for å få tilgang til sidepanelet. Redigeringsmuligheter inkluderer nedtrekksmenyene for mal, farge, og z-index. Den rende orientering av zoom boksen kan endres ved å velge topp, høyre, venstre eller nederst i kategorien malen. Når zoom er merket, kan den svarte sirkler dras å endre størrelsen og formatere forskjellige zoom boks komponenter. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig2.jpg" /> Figur 2: Pathway Editor menyene. Redaktøren menyer gir muligheter for å legge til prosesser og elementer, samt å redigere eksisterende elementer og lerretet. (A) &quot;Pathway&quot; linken tilbyr alternativer til &quot;Edit Details&quot; og<html> &quot;Eksport og View&quot;. &quot;Rediger Detaljer&quot; alternativet tillater redigering av veien beskrivelse og referanser mens &quot;Export and View&quot; alternativet tillater generasjon eller regenerering av bildefilene. (B) linken &quot;Legg Process&quot; gir muligheter for å legge til en reaksjon, samhandling og forpliktende hendelse, transport begivenhet, reaksjon kombinert transport, eller sub-veien til lerretet. (C) &quot;Add Vacuous Element&quot; kobling gir muligheter for å legge til en forbindelse, et protein, en nukleinsyre, et element samling, eller en kant til lerretet. Disse elementene vil dukke opp i øvre venstre hjørne av lerretet. En vilkårlig element vises i lerretet sammen med pop-up sidebar, hvor brukeren kan søke etter ønsket element eller endre detaljene sa element. Elementet skal innlemmes i reaksjonsveien før tilsetning av noen nye evakuerte elementer, for å opprettholde reaksjonsvei orden._upload / 54869 / 54869fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig3.jpg" /> Figur 3: Pathway oversiktsskjema. Den veien indeksen tilbyr en samling over eksisterende stier og et søkefelt for å søke etter bestemte veier. Pathways kan filtreres etter navn, type, arter, og skaper ved hjelp av filterlinjen på toppen av indeksen tabellen. De kan også søkes av navn ved hjelp av søkefeltet øverst på siden. Åpne opp &quot;Avansert søk&quot; gir mer spesifikke søk etter kombinasjoner av biologisk tilstand, type, art, sammensatte, og protein. Den avanserte søk tillater bruk av AND, OR og NOT logiske operatører for å lage komplekse spørringer. Hver vei inkluderer 5 knapper: &quot;Show&quot;, &quot;Edit&quot;, &quot;Tegn&quot;, &quot;Destroy&quot; og &quot;Repliker&quot;. Den &quot;Show&quot; -knappentillater visning av veien ved hjelp av Viewer. &quot;Rediger&quot; -knappen tillater redigering av veien metadata, inkludert navn, type, art, beskrivelse og referanse. &quot;Draw&quot; -knappen tillater redigering av lerretet med veien. Den &quot;Destroy&quot; -knappen tillater fjerning av veien fra databasen (hvis brukeren har tillatelse). Den &quot;Repliker&quot; -knappen tillater replikering av den valgte veien. Den &quot;Forrige&quot; og &quot;Neste&quot; knappene lar brukeren å navigere mellom sidene av trasé. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig3large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig4.jpg" /> Figur 4: Opprett ny Pathway Form. &quot;Ny Pathway&quot; -knappen (se figur 3) fører til veien skjemaet vises her. Dette skjemaet inneholderfelt for veien navn, type, arter, og beskrivelse. &quot;Ny Pathway&quot; knappen kan også en å starte fra en eksisterende sti og legge til referanser. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig4large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig5.jpg" /> Figur 5: Opprett ny Reaksjon Form. Linken &quot;Legg Process&quot; tillater brukere å legge til en ny prosess, for eksempel en reaksjon eller bindende hendelsen. Legge til en prosess skaper en reaksjon modell, der reaksjonsvisualiseringer kan genereres og legges til skoleveien diagrammer. Reaksjonen modellen og visualisering er separate enheter. (A) reaksjon felt tillater å søke etter et eksisterende reaksjon, ved reaktanten, produktet eller enzym. De biologiske statlige felt tillatelser søker og velge en eksisterende biological tilstand. Når en reaksjon er valgt, kan den tilsvarende enzymer legges til med &quot;Legg Enzyme&quot; -knappen, som vil få opp et enzym autofullfør-boksen. Render alternativer tillate brukeren å velge den retningen de ønsker reaksjonen å bli gjengitt. En ny reaksjon kan skapes gjennom (b) &quot;Ny Reaction&quot; -knappen, noe som fører til en ny reaksjon skjema der elementer og enzymer kan legges. Når alle feltene er fylt ut, kan reaksjonen bli skapt gjennom &quot;Opprett Reaction&quot; -knappen. Hvis du vil redigere den underliggende reaksjon modellen man bør gå ut av veien illustratør, gå til reaksjonen indeksen, og finne og redigere reaksjonen der. For å hindre at dataavvik og utilsiktet forandre eksisterende veier, er det ikke mulig å endre reagenser / produktene eller fjerne enzymer fra en reaksjons modell om den allerede har visualiseringer av eksisterende veier. Dermed redigering reaksjonen modellen ikke automatisk oppdatere eksisterende reaksjonvisualiseringer. For å endre en reaksjon modell man må re-legge til den tilhørende visualisering til veien diagrammet for at endringene skal vises. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig5large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig6.jpg" /> Figur 6: Pathway Viewer. Øverst til høyre betrakteren grensesnitt knapper gi grunnleggende navigasjon, zooming og skjermvippedrift handlinger. Den sentrale visningsfeltet viser veien som kan navigeres ved å klikke og dra, eller zooming ved hjelp av en mus. Den veien elementer som vises er hyperkoblet til andre stier og databaser (f.eks HMDB, DrugBank, Uniprot). Den siden menylinjen viser en beskrivelse av veien med referanser levert av brukeren. Sidemenyen viser også kategoriene &quot;Highlight&quot;, &quot;Analyze&quot;, &quot;Gjørwnloads &quot;og&quot; Innstillinger &quot;. Den&quot; Highlight &quot;kategorien kan forbindelser og enzymer for å bli valgt og merket med rødt. Den&quot; -fanen Analyze &quot;lar eksperimentell konsentrasjonsdata som skal angis, som deretter tilordnet til veien ved hjelp av en farge gradient. &quot;Downloads&quot; -kategorien tilbyr koblinger til de tilsvarende nedlastbare bildefiler og data utveksle filer. PNG-fil er en mindre non-vektor bildefil. SVG + BioPAX forbindelser gir større vektorbildefiler med innebygd BioPAX, for maskin-lesbarhet. den BioPAX, SBML, SBGN, og PWML linker gi ulike maskinlesbare formater. den &quot;Innstillinger&quot; åpner for visuell tilpasning av den viste veien bildet. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig6large.jpg" target="_blank">klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 7" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig7.jpg" /><br/&gt; Figur 7: Metabolsk Pathway bilde. Dette er et eksempel på en &quot;tradisjonell&quot; metabolismeveien som beskriver biosyntesen og nedbrytning av en spesiell forbindelse (D-serin). Den viktigste metabolitt er plassert i sentrum av lerretet og reaksjons og transport piler (kanter) viser strømmen av veien. Kanter og elementer kan automatisk være &quot;klikket&quot; sammen, dvs. tilkoblet. Element snap punktene er angitt med transparente røde sirkler på element sider, og kanten start / sluttpunkt er representert med transparente grå sirkler på kant ender. Snap punkter slå en gjennomsiktig grønt når svevde over, og et grønt når valgt. For å knipse en kant til et element, klikker du først på enten kanten start / slutt eller elementet snap punkt (det vil slå grønt). Klikk deretter på kanten start / slutt eller elementet snap punkt som må være tilkoblet. Kanten vil automatisk koble seg til snap punkt, og forblir koblet until den er fjernet (ved å dobbeltklikke på kanten og dra sluttpunktet unna, eller koble den til en annen snap punkt). Det er viktig å være oppmerksom på ved et uhell velge snap poeng, siden dette kan ha utilsiktede konsekvenser når du forsøker å flytte kantene rundt. Den solide grønne fargen på utvalgte snap punkter er ment å varsle brukeren til å snappe poeng de har valgt i øyeblikket. Snap punkter kan velges bort ved å klikke på dem en gang. Kantene kan også kobles til sine opprinnelige elementer. Når en kant er valgt, besøker &quot;Edit Selected&quot; -menyen linken og deretter &quot;Edit Edge&quot; linken. Dette vil få opp alternativer for å koble kanten automatisk i forskjellige retninger. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig7large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 8" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig8.jpg" /> &lt;br /&gt; Figur 8: Sykdom Pathway bilde. Dette er et eksempel på en sykdom bane som viser de organer som påvirkes av sykdommen (Sarcosine Oncometabolite reaksjonsveien). Andre bildeelementer blir brukt til å skildre økning eller reduksjon i metabolittkonsentrasjoner og deres akkumulering eller spredning. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig8large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 9" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig9.jpg" /> Figur 9: Narkotika Pathway bilde. Dette er et eksempel på et medikament bane som viser organene hvor medikamentet blir metabolisert (Ibuprofen reaksjonsveien). Fargen rundt stoffet metabolitten er vanligvis avbildet som rosa. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig9large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <pclass = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="Figur 10" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig10.jpg" /> Figur 10: Protein signalveien bilde. Dette er et eksempel på et signalveien som viser en samling av signaleringsreaksjoner mellom forskjellige proteiner (EGFR reaksjonsveien). Proteiner kan beskrives med flere farger, og de kan representeres enten av proteinet navn eller underenhet navn. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig10large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 11" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig11.jpg" /> Figur 11: Fargerike vs Simple Pathway Images. Fargerike trasé kan genereres med rikt biologisk sammenheng på enten en hvit eller blå bakgrunn (a). Folat metabolisme er avbildet her. Enkle, KEGG-lignende trasé kan også være generated ved hjelp av en enkel svart og hvitt representasjon (b). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig11large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 12" src="/files/ftp_upload/54869/54869fig12.jpg" /> Figur 12:-optimal Pathway bilde. Et bilde som viser hva en suboptimal pathway (TCA syklus) ser ut. Overlappende elementer og krysser kanter gjør veien uforståelig. Dette kan skje hvis reaksjons elementene er ikke nøye eller riktig manipulert på lerretet. Manipulere elementer for å ha mer enn to forskjellige maltypene for forbindelsene (Large, Medium, Small forbindelse Visualisering eller Drug Visualisering, kofaktor Visualisering, Simple nederst, venstre til høyre eller oppe Visualisering) fører til flere bilde uoverensstemmelser. Malen typer er vist i trinn 1.15.2. Ikke koble the kanter påvirker strømningen av bildet som fører til dårlige tolkninger av veien. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54869/54869fig12large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</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 Verktøy </td><td> VisANT </td></tr><tr><td> Internett server </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td></tr><tr><td> Installer Program </td><td> Nei </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> protein Pathways </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Ja </td></tr><tr><td> metabolske veier </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Lagre som PNG / JPG</td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </td></tr><tr><td> Lagre som HTML </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Ja </td><td> Nei </td></tr><tr><td> Lagre som SVG </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Lagre som PDF </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Lagre som BioPAX </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Lagre som SBML </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> Lagre som SBGN-ML </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </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> membran Rende </td><td> Ja </td><td> Nei </td&gt; <td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td></tr><tr><td> organRende </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td></tr><tr><td> organ Rende </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td></tr><tr><td> Bilder fra Color Rike </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Nei </td></tr><tr><td> pathway Beskrivelse </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Ja </td><td> Nei </td></tr><tr><td> Pathway DB Link </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td> Nei </td></tr><tr><td> pathway Inference </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Nei </td><td> Ja </td><td> Nei </td></tr><tr><td> Expt. data overlegg </td><td> Nei </td><td> Ja </td><td> Nei </td><td> Ja </td><td> Ja </td></tr><tr><td> pathway Analysis </td><td> Nei </td><td> Ja </td><td> Ja </td><td&gt; Ja </td><td> Ja </td></tr></tbody></table> Tabell 1: Sammenligning av funksjoner. En funksjon sammenligning av flere vanlige pathway redigering / rendering verktøy. Supplerende Fil 1: Eksempel på TCA syklus Beskrivelse for PathWhiz Pathway. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54869/Supplementary_material_-_The_citric_acid_cycle.doc">Klikk her for å laste ned tilleggs 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 pathway tegneverktøy for å generere biokjemiske og biologiske veier. Den bruker offentlig tilgjengelige databaser og lett utvides paletter bestående av pre-tegnet sti komponenter. Denne protokollen beskriver hvordan du enkelt kan bygge nye veier, gjenskape og redigere eksisterende trasé, og forplante tidligere trukket trasé til forskjellige organismer.

En Web verktøy for å generere høy kvalitet maskinlesbare Biologiske Pathways

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

Absolute kvanteutbytte Måling av Powder Samples

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

Bruke SecM Arrest sekvens som et verktøy for å isolere ribosom Innbundne 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

Generasjon av høy kvalitet Chromatin immunoprecipitation DNA Mal for High-throughput sekvensering (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

Høy gjennomstrømning Microinjections av Sea Urchin 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 for å identifisere Ubiquitin og Ubiquitin-lignende system regulatorer av biologiske mekanismer i dyrkede pattedyrceller

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