系统生物学软件实习系统生物学软件实习 ——网络结构显示与分析网络结构显示与分析 内容提纲：内容提纲：1.背景介绍背景介绍2.熟悉熟悉Cytoscape软件界面和操作，熟悉网软件界面和操作，熟悉网络文件格式络文件格式3.导入网络数据，插件下载安装和使用导入网络数据，插件下载安装和使用4.网络模型分析网络模型分析 Integrated genomic and proteomic analyses of a systematically perturbed metabolic network.Ideker, T., Thorsson, V., Ranish, J.A., Christmas, R., Buhler, J., Eng, J.K., Bumgarner, R., Goodlett, D.R., Aebersold, R. and Hood, L. (2001) Science, 292, 929-934. Microarray Data Sample Cytoscape---- 开源的系统生物学网络分析软件开源的系统生物学网络分析软件www.cytoscape.org Cytoscape•开源的生物信息学软件平台 an open source bioinformatics software platform•可视化Visualizing molecular interaction networks and biological pathways•数据整合Integrating networks with annotations, gene expression profiles and other state data•插件Plugins are available for network and molecular profiling analyses, new layouts, additional file format support, scripting, and connection with databases Cytoscape目前最新版本目前最新版本: 2.7.0 CytoscapevCytoscape 2.6.3可由http://cytoscape.org/download.php?file=cyto2_6_3v下载得到，下载前需要进行简单的注册，输入姓名、单位、email信息即可。
vCytoscape同时支持Windows、Mac和Linux/UnixvCytoscape基于java平台，需首先安装java运行环境，该软件可由 下载安装 2341 Cytoscape可以直接导入网络数据可以直接导入网络数据（（Remote），也可以打开本地文件），也可以打开本地文件（（Local）） 在本练习中，选择点击本地文件在本练习中，选择点击本地文件(Local),选中选中sampleData文件夹中的文件夹中的test.sif, 然后点击然后点击Import. PFN1ppWIREPFN1ppXPO6PFN1ppAPBB1IPPFN1ppENAHPFN1ppMLLT4PFN1ppVASPPFN1ppWASLPFN1ppGPHNA1BGppCRISP3SEMG1 ppSEMG2SEMG1 ppTGM1SEMG1 ppPRKCAKLK3ppPZPKLK3ppFN1KLK3ppSERPINA5KLK3ppIGFBP3……. pp ……….可用写字板打开相互作用网络文件可用写字板打开相互作用网络文件(sif格式格式)左右两列（左右两列（1和和3列）分别是两个有相互作用列）分别是两个有相互作用关系的蛋白名字关系的蛋白名字中间的中间的“pp”(第第2列列)为蛋白蛋白相互作用缩为蛋白蛋白相互作用缩写（写（Protein Protein））文件可用文件可用excel自建，相互作用的类型还有自建，相互作用的类型还有pd(protein DNA ), 123 在导入完毕的时候出现的时候，出现如下提示框，表明有在导入完毕的时候出现的时候，出现如下提示框，表明有216个目标基因，个目标基因，203个互相联系。
点击个互相联系点击Close，结束提示框 ，结束提示框 一个红点表示一个生一个红点表示一个生物网络节点，点击任物网络节点，点击任一红点后，可在下方一红点后，可在下方Data Panel窗口看到窗口看到其其ID信息 导入表达数据库导入表达数据库 点击点击Select选择选择test_expression.pvals文件文件 表达数据库的文件格式：表达数据库的文件格式：123123如果目的基因如果目的基因和内参基因相和内参基因相同，那数值就同，那数值就为为“0” 点击Open VizMapper Cytoscape：plugins•分析插件（分析插件（Analysis Plugins）） ：用来分析网络：用来分析网络 •网络属性插件（网络属性插件（Network and Attribute I/O Plugins）：用来帮助导入不同格）：用来帮助导入不同格式的数据信息式的数据信息 •网络推理插件（网络推理插件（Network Inference Plugins）：用于推理新网络）：用于推理新网络•功能增强插件（功能增强插件（Functional Enrichment Plugins）） ：用于网络功能增强：用于网络功能增强•通讯通讯/ /脚本插件（脚本插件（Communication/Scripting Plugins）：）： 用于通讯和或编辑用于通讯和或编辑CytoscapeCytoscape脚本脚本•其他：不属于以上任何一种其他：不属于以上任何一种 •BiNGO: •determine which Gene Ontology (GO) categories are statistically over-represented in a set of genes.•Cerebral: •Given an interaction network and subcellular localization annotation, Cerebral automatically generates a view of the network in the style of traditional pathway diagrams, providing an intuitive interface for the exploration of a biological pathway or system.•Cytoprophet:•It is a tool to help researchers to infer new potential protein (PPI) and domain (DDI) interactions.•Agilent Literature Search: •build networks by extracting interactions from scientific literature. http://cytoscape.org/plugins.phpCytoscape插件下载插件下载 http://www.psb.ugent.be/cbd/papers/BiNGO/下载得到的下载得到的BiNGO.jar存放到存放到程序安装目录下的程序安装目录下的plugins 插件安装后：插件安装后：插件安装前：插件安装前： GO (Gene Ontology) vGene OntologyGene Ontology在在““功能类功能类””的层面上概括了基因参的层面上概括了基因参与的生命过程。
在基因表达谱分析中，与的生命过程在基因表达谱分析中，GOGO常用于提常用于提供基因功能分类标签和基因功能研究的背景知识供基因功能分类标签和基因功能研究的背景知识vGene OntologyGene Ontology可以用来发掘与基因差异表达现象关可以用来发掘与基因差异表达现象关联的联的““单个特征基因功能类单个特征基因功能类””或或““多个特征功能类多个特征功能类””的组合v http://http://www.geneontology.orgwww.geneontology.org/ / 新建文件名字新建文件名字勾选后，基因名字从下方输入勾选后，基因名字从下方输入选择生物功能分类选择生物功能分类选择生物种属选择生物种属 Integrated genomic and proteomic analyses of a systematically perturbed metabolic network.Ideker, T., Thorsson, V., Ranish, J.A., Christmas, R., Buhler, J., Eng, J.K., Bumgarner, R., Goodlett, D.R., Aebersold, R. and Hood, L. (2001) Science, 292, 929-934. 取名取名““Gal””逐一敲入逐一敲入gal1~gal7,以空格分开以空格分开点击运行点击运行基因名字可以手动输基因名字可以手动输入，也可以从节点复入，也可以从节点复制得到制得到 Cerebral Cerebral 插件插件vCerebralCerebral插件可以根据已有数据自动生成一个以插件可以根据已有数据自动生成一个以““分子在亚分子在亚细胞单位内空间分布以及其分子互作细胞单位内空间分布以及其分子互作””为基础的高度可视化为基础的高度可视化的网络结构图。
的网络结构图v不同的分子根据其所在细胞结构位置，在结构图中被分配在不同的分子根据其所在细胞结构位置，在结构图中被分配在不同的结构层面，同时它们的功能与互作关系也被清晰的表不同的结构层面，同时它们的功能与互作关系也被清晰的表现出来vCerebralCerebral插件可以处理拥有上千个节点的庞大网络插件可以处理拥有上千个节点的庞大网络 下载下载Cerebral Cerebral 插件插件http://www.cytoscape.org/plugins2.php 分析插件分类下面 vhttp://www.pathogenomics.ca/cerebral/index.htmlv需要下载两个文件：需要下载两个文件： cerebral2.0.jar和和prefuse.jar 安装安装Cerebral 插件插件v将将cerebral2.0.jar和和prefuse.jar两个文件同时存放到程序安装目录下两个文件同时存放到程序安装目录下的的plugins文件夹文件夹v重新启动重新启动Cytoscape软件软件 导入数据导入数据vImport〉〉Network（（multiple file types）） v导入导入tlr4_sif.sif文件文件 vImport〉〉Node Attributesv分别导入分别导入tlr4_localization.noa和和tlr4_function.noa文件文件 noa文件文件v用记事本打开用记事本打开tlr4_localization.noa文件文件 v点击点击Create Cerebral view Cytoprophet: 预测蛋白及结构域相互作用插件预测蛋白及结构域相互作用插件http://cytoprophet.cse.nd.edu/index.php/download 从插件菜单（从插件菜单（Plugins）中打开）中打开cytoprophet插件插件 首先导入首先导入cytoprophet.sif文件文件 1. 选择整个网络作选择整个网络作为预测对象；为预测对象；2. 选择选择MSSC算法；算法；3. 选择同时预测选择同时预测DDI Network和和GO Distances。
运行后，分别得到蛋白相互作用关系的运行后，分别得到蛋白相互作用关系的窗口和蛋白结构域相互作用关系的窗口窗口和蛋白结构域相互作用关系的窗口 在数据面板（在数据面板（Data panel）中）中选择要显示的节点属性选择要显示的节点属性 查看节点属性查看节点属性 选择边属性浏览选择边属性浏览选中要显示的边属性选中要显示的边属性 查看边的属性查看边的属性 Agilent Literature Search文献检索插件文献检索插件http://chianti.ucsd.edu/cyto_web/plugins/index.php 检索结果显示区域检索结果显示区域检索内容检索内容检索关键词检索关键词是否同时检是否同时检索别名索别名是否同时使用检索内容要求检索是否同时使用检索内容要求检索生物种属生物种属检索条件检索条件编辑区编辑区运行控制按钮运行控制按钮 如何建立如何建立beta-catenin, p53, wnt5, ifnb, nfatc, il6六个基因在皮肤黑色六个基因在皮肤黑色素瘤（素瘤（Melanoma）的发生发展中的相互作用网络分析模型？）的发生发展中的相互作用网络分析模型？ 找到与输入检索找到与输入检索内容相关的内容相关的47篇篇最新文献最新文献 同时会自动生成同时会自动生成所检索到结果的所检索到结果的网络结构图网络结构图黄色节点代表检黄色节点代表检索关键词节点索关键词节点 选中某个点，右键点击后可以查看与选中某个点，右键点击后可以查看与这个点相关的文献这个点相关的文献 选中某个点，右键点击后也可以链接选中某个点，右键点击后也可以链接到网上数据库查看相关信息到网上数据库查看相关信息 选择检索数据库，默认选择检索数据库，默认Pubmed，，可同时或分别使用可同时或分别使用OMIM，，USPTO 同样的检索内容，同样的检索内容，共找到共找到134篇最新篇最新的文献、专利等的文献、专利等与输入检索内容与输入检索内容相关相关 自动生成一个由自动生成一个由753个节点组成的个节点组成的复杂网络复杂网络 应用实例：应用实例：1.从已有网络数据库导入目标网络分析模型从已有网络数据库导入目标网络分析模型2.网络分析网络分析 Public data repositoriesvProtein-protein interaction data BOND, DIP, MINT, MIPS, InACT, …vProtein-DNA interaction dataBIND, Transfac, …vMetabolic pathway dataBioCyc, KEGG, WIT, …vText-mining, coexpressionPre-BIND, Tmm, … 从已有网络数据库导入目标网络分析模型从已有网络数据库导入目标网络分析模型 在搜索框输入在搜索框输入“PTEN”1. 从已有网络数据库导入目标网络分析模型从已有网络数据库导入目标网络分析模型 搜索结果页面，点击搜索结果页面，点击Interactions1. 从已有网络数据库导入目标网络分析模型从已有网络数据库导入目标网络分析模型 1. 从已有网络数据库导入目标网络分析模型从已有网络数据库导入目标网络分析模型Interactions结果页面，结果页面，点击点击Export Results〉〉Cytoscape SIF〉〉 存为存为PTEN.SIF文件文件 用用Cytoscape导入下载的网络文件导入下载的网络文件（（C:\ZCNI\shixi6\sampleData\））得到的信息：得到的信息：1.目标基因和其它基目标基因和其它基因的相互关系因的相互关系2.网络结构网络结构可进行的下一步工作：可进行的下一步工作：1.确定研究基因确定研究基因2.基因表达研究基因表达研究3.蛋白质组学研究蛋白质组学研究4.……1. 从已有网络数据库导入目标网络分析模型从已有网络数据库导入目标网络分析模型 应用实例：应用实例：1.从已有网络数据库导入目标网络分析模型从已有网络数据库导入目标网络分析模型2.网络分析网络分析 2. 网络分析网络分析 Gα2 Gβ Gγ PTEN Gα2 Gβ GγGTPPI3K PIP2 PIP3GEFs RAC-GDP(-)Actin polymerisation RAC-GTP(+)The role of PI3K, PTEN and Rac in cell migration 输入输入pi3k,pten,rac输入输入migration点击运行点击运行2. 网络分析网络分析 Layout>Cytoscape Layouts>Spring Embedded>All nodes2. 网络分析网络分析 PI3K和和PTEN基因缺陷的细胞中，进行基因表达实验基因缺陷的细胞中，进行基因表达实验导入基因表达数据导入基因表达数据: pi3kptenrac.pvals (sampleData文件夹文件夹)2. 网络分析网络分析•在在PI3K和和PTEN基因缺陷细胞基因缺陷细胞中，中，rac1不成低表达状态？不成低表达状态？•是否有其它信号传导途径？是否有其它信号传导途径？ 2. 网络分析网络分析输入和输入和rac1相关的基因相关的基因点击运行点击运行migration 2. 网络分析网络分析拖动节点拖动节点rac1, 发现在发现在Migration方面和方面和rac1相关相关的更多基因的更多基因 2. 网络分析网络分析合并网络（合并网络（Merge networks）） 2. 网络分析网络分析 2. 网络分析网络分析cAMPcAMP Gα2 Gβ Gγ PTEN Gα2 Gβ GγGTPPI3K PIP2 PIP3PH-GEFs RAC-GDP(-)Actin polymerisation RAC-GTP(+)Dock GEFsDuchek, P., K. Somogyi, et al. (2001). "Guidance of cell migration by the Drosophila PDGF/VEGF receptor." Cell 107(1): 17-26. Thank You! 。