PDF《Cytoscape》

2013.

05 华联快讯 本期为大家介绍一个开放源码的生物资讯软件 CCytoscape,它可以建构可视化的分子交互作 用网络,并可将已有的基因表达信息(gene expression profiles) 整合进此网络中,轻?观察 分子间 (蛋白质―蛋白质 或 蛋白质―DNA…) 的 关联性. Cytoscape 是Institute for Systems Biology (Leroy_Hood_实验室)、加州大学圣地亚哥分校 (Trey_Ideker_实验室)、加州大学旧?山分校 (Bruce_Conklin_实验室)、Memorial_Sloan- Kettering 癌症研究中心 (Chris Sander 实验室)、 Pasteur 研究院 (Benno Schwikowski 实验室) 等 研究单位共同合作开发的一个开放源码的生物信 息分析软件.Cytoscape 的核心即是网络 (图一) ,每个节点 (node) 是基因、蛋白质或分子,而节 点与节点之间的连接 (edge) 则代表着这些生物 分子之间的相互作用 (图二). 使用 Cytoscape 案例 我们先举一些有使用 Cytoscape 的文献作为? 子,让大家知道它所带来的意义为何.Jie Wang 等人?用华联的 HOA 和HmiOA 芯片产品,于今 ?发表?一篇文章,研究是否可以从 mRNA 和miRNA 基因表现整合的网络调控关系中找出影响 疾病 (有BSS 症状的心绞痛病人) 可能的关键因子 (biomarker);

实验结果发现

23 个miRNA 被正 向调控 (up-regulated) 以及

408 个基因被负向调

1 图

一、由节点 (node) 及节点间的连接 (edge) 图

一、由节点 (node) 及节点间的连接 (edge) 组成网络,即为Cytoscape的核心架构. 组成网络,即为Cytoscape的核心架构. 图

二、每个节点 (node) 代表一个基因、蛋白质 图

二、每个节点 (node) 代表一个基因、蛋白质 或分子;

?节点中有连接 (edge) 则代表此两分 或分子;

?节点中有连接 (edge) 则代表此两分 子间有交互作用. 子间有交互作用. node node edge Cytoscape 数据分析介绍(II)

1 2013.05 华联快讯

2 控,作者将这些资?全部丢进在线分析网站miRTrail (Laczny_2 等人于

2012 ?发表整合 mRNA 和miRNA 芯片表现分析工具) 进?分析, ?用内建的 microCosm 预测 miRNA 对应的标的 基因 (target genes) 并和

408 基因做交叉比对, 发现交集的基因总共有_115_个;

并依据预测标的 基因和

408 基因交叉比对且符合负向调控程?较 高的基因群,作优先选择的 miRNA 标的(前百分 之五),从23 个miRNA 中挑出?

6 个(miR- 146b-5p, miR-199a-3p, miR-199a-5p, miR-326, miR-423-3p and miR-484).最后将找到的

115 基因和

6 个miRNA 绘制成 network (图三),我们 就可以清楚观察这

6 个miRNA 和经过芯片实验验 证的基因之间调控的关系,找出交互作用频?高 的基因_(尺寸较大的圆圈).作者最后挑选? miR-146b-5p、miR-199a-5p 以及 TP

53、CALR 基因,另外找?一群病人 (包含控制组

15 人、BBS 症状的心绞痛疾病

30 人以及非 BSS 症状的心绞痛 疾病

30 人)做RT-PCR 验证,也得到一致的结果, 可以当成医生治疗这类病人的重要生物指标. 另外,蛋白质之间的调控作用本来就是 Cyto- scape 的分析强项,所以为?观察

115 负向调控 基因对应的蛋白质之间的交互作用(PPI,Protein- Protein Interaction),作者将 Reactome FI 这个 配件 plug-in 于Cytoscape 中,将对应的蛋白质 交互作用,以图形方式呈现(图四),也提供后续蛋 白质研究做一个参考. 除??用颜色观察表现?的变化,也可以用来 表示其他?化的连续性数据;

2012 ?Pahl

3 等人 的研究中?用 TargetScan、MirTarget2 以及 Pictar_提供的数据库预测实验有显著表现差异 图

四、圆形代表

115 个负向调控基因,?形代表 图

四、圆形代表

115 个负向调控基因,?形代表 与其交互作用的蛋白质;

?蛋白质之间的作用是 与其交互作用的蛋白质;

?蛋白质之间的作用是 已知,实验确认的网络调控?径会以实线链接, 已知,实验确认的网络调控?径会以实线链接, ?是预测的将以虚线作连结;

活化、表现?调节 ?是预测的将以虚线作连结;

活化、表现?调节 或催化作用则以箭头表示调控方向,抑制以 T 表 或催化作用则以箭头表示调控方向,抑制以 T 表 示调控方向. 示调控方向. 图

三、将所选的

115 个基因和

6 个miRNA 绘制 图

三、将所选的

115 个基因和

6 个miRNA 绘制 成交互作用网络图,可以清楚观察这

6 个miRNA 成交互作用网络图,可以清楚观察这

6 个miRNA 和经过芯片实验验证的基因之间调控的关系,找 和经过芯片实验验证的基因之间调控的关系,找 出交互作用频?高的基因 (尺寸较大的圆圈). 出交互作用频?高的基因 (尺寸较大的圆圈). 科技 专题 2013.05 华联快讯

3 miRNA 所对应的标的基因,并使用 Cytoscape 表现之间的相关性(图五).这些预测的标的基因和 miRNA 也被放入 RNAhybrid version 2.1 程序中 仿真计算_mRNA-miRNA_之间杂交的minimum_free_energy_(G,kcal/mole),藉 此评估 mRNA-miRNA 之间键结的强?.前提是 计算 minimum free energy 必须于 Ensembl Biomart 取得标的基因的 3'

UTR 序?,?没有对 应的序?数据将无法计算,图中会以黑线和黑色 圈圈表示.从图中的四个 miRNA network 中,可 以得知 miR-331-3p 拥有最低的 minimum free energy,表示此 miRNA 和对应的标的基因之间 有较强的亲和性;

miR-133a 和miR-133b 因为序 ?相似所以对应到大部分重复的标的基因,但由 于两者之间差?两个 base pair,导致和基因之间 的亲和性?同.作者也进一步找出图中可能的潜 在标的基因,?如:CSRNP

1、SLC7AB、PLK

3、 FURIN 同时是 miR-133a、miR-133b、miR-331- 3p 的预测 target genes;

DNM

2、DNAJB

1、 TGFBR

1、TGOLN

2、BCL11A、EDEM

1、SFXN2 、YTHDF3_八个基因同时是miR-

204、miR-133a 、miR-133b 的预测标的基因, 而Hypermethy- lated_in cancer

2 (HIC2) gene 则是唯一被四个 miRNA 同时所预测的标的基因;

它属于 HIC1 家 族基因,极可能是重要的肿瘤抑制基因. 如何使用 Cytoscape 要完成一个 Cytoscape 的网络分析,基本上 有4个步骤:(搭配影片教学

4 ,事半功倍!) 1. Create a network 2. Import a attribute / expression profile 3. Filtering &

editing 4. Annotation &

data analysis 步骤 1,要先有一个网络,可以是从已知的数 据库中取得某个特定的网络,?如有 TP53 参与的 基因网络、Apoptosis pathway 基因网络…,或 可自?建?,而后续的动作则会架构在此网络上 进?分析;

步骤 2,加载想要分析的属性数据,亦 或是使用华联芯片服务得到的 gene expression profile (fold change、p-value…);

步骤 3,由 于加载的数据往往是很庞大的,要?用筛选、编辑,变成想要的信息;

步骤 4,最后可?用此结果 再进?后续的批注或分析. lated_in cancer

2 (HIC2) gene 则是唯一被四个 miRNA 同时所预测的标的基因;

它属于 HIC1 家 族基因,极可能是重要的肿瘤抑制基因. 如何使用 Cytoscape 要完成一个 Cytoscape 的网络分析,基本上 有4个步骤:(搭配影片教学

4 ,事半功倍!) 1. Create a network 2. Import a attribute / expression profile 3. Filtering &

editing 4. Annotation &

data analysis 步骤 1,要先有一个网络,可以是从已知的数 据库中取得某个特定的网络,?如有 TP53 参与的 基因网络、Apoptosis pathway 基因网络…,或 可自?建?,而后续的动作则会架构在此网络上 进?分析;

步骤 2,加载想要分析的属性数据,亦 或是使用华联芯片服务得到的 gene expression profile (fold change、p-value…);

步骤 3,由 于加载的数据往往是很庞大的,要?用筛选、编辑,变成想要的信息;

步骤 4,最后可?用此结果 再进?后续的批注或分析. 图

五、Hypermethylated in cancer

2 图

五、Hypermethylated in cancer

2 (HIC2) gene 是唯一被四个 miRNA 同时所 (HIC2) gene 是唯一被四个 miRNA 同时所 预测的目标基因,极可能是重要的肿瘤抑制 预测的目标基因,极可能是重要的肿瘤抑制 基因. 基因. 科技 专题 2013.05 华联快讯

4 小结 Cytoscape 源自系统生物学,用于将生物分 子交互网络与高通?基因表达数据和其他的分子 状态信息整合在一起.其最强大的功能在于大规 模蛋白质与蛋白质相互作用、蛋白质-DNA或遗传 分子交互作用的分析.Cytoscape 是开放源码的 软件,任何人?可依自己的需求作修改,或是 Plug-in 后,修改成自己想要的形式,?有厉害的 程序开发高手,亦可快速建构出新的功能.各位 在使用上?有任何问题,?欢迎与我们讨论. 另外,带来一个好消息:华联

2013 最新?作 ,?积

6 ?服务经验深蕴,整合推出

30 项生物信 息分析服务 - BiXOneArray,带给大家从初阶到 进阶的全方位分析服务 ! 参考资料 (1) Jie Wang et. al. A Systems Biology Approach to Characterize Biomarkers for Blood Stasis Syndrome of Unstable Angina Patients by Integrating MicroRNA and Messenger RNA Expression Profiling. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine (2013) March

29 (2) Laczny C et. al. miRTrail - a comprehensive webserver for analyzing gene and miRNA patterns to enhance the understanding of regulatory mechanisms in diseases. BMC Bioinformatics (2012) 13:36 (3) Matthew C Pahl et. al. MicroRNA expression signature in human abdominal aortic aneurysms. BMC Medical Genomics (2012) 5:25 (4) Cytoscape 影片教学 http://www.onearray.com.cn/DataCenter/videoPlay.p hp?ID=H8DapIcv1ws BiXOneArray 最新?作 科技 专题 华联生技?积

30000 个芯片案?,服务经验深蕴,整合推出

30 多项 从初阶到进阶 ? 全方位客制化的数据分析服务 详细可提供之分析服务请洽华联业务专员 ........