WikiSort.ru - Не сортированное

Cytoscape
Cytoscape home page
Тип	Обработка изображений
Автор	Institute of Systems Biology
Написана на	Java
Операционная система	Mac OS X, Windows, Linux
Первый выпуск	2002
Аппаратная платформа	Java Virtual Machine
Последняя версия	3.5.0
Лицензия	LGPL
Сайт	cytoscape.org

Cytoscape ([ˌsaɪtə(u)'skeɪp], сайтоскейп, в русском биоинформатическом сленге — цитоскейп) — биоинформатическая платформа с открытым исходным кодом, предназначенная для визуализации сетей молекулярных взаимодействий и биологических путей с возможностью использования дополнительных данных, таких как функциональная аннотация, информация об уровне экспрессии генов и пр. Несмотря на то, что исходно Cytoscape был разработан для биологических исследований, сейчас он широко используется для решения различных задач по анализу сетей и их визуализации. Программное обеспечение Cytoscape Core предоставляет базовые функциональные возможности для компоновки и запроса в сети, связи сети с базами данных функциональных аннотаций, визуальной интеграции сети с профилями экспрессий, фенотипами^[1]. Core можно расширить благодаря простой архитектуре подключаемых модулей (плагинов), что позволяет быстро применять дополнительные функции, в том числе и вычислительный анализ. С помощью плагинов также можно менять дизайн сетей, обеспечивать поддержку дополнительных файловых форматов и связь с разными базами данных. Плагины могут быть написаны на основе Java любым пользователем.

История

Cytoscape был разработан в Институте системной биологии в Сиэтле в 2002 году. Сейчас поддержку программы осуществляет Международный консорциум разработчиков программ с открытым кодом. Первая версия программы, Cytoscape 0.8^[2], была выпущена в июле 2002 года, последующие релизы 0.9 и 1.0 последовали в ноябре 2002 и марте 2003 соответственно. Последняя стабильная версия серии 1.0 имела номер 1.1.1. Серия 2.0 обновлялась с 2004 до 2012 года, после чего в 2013 году было положено начало серии 3.xx. Последней версией программы является 3.5.0^[3].

Применение

Среда моделирования Cytoscape^[3] разработана для интеграции биомолекулярных сетей и состояний взаимодействия. Однако, несмотря на то, что Cytoscape в основном используется в биологических задачах, данная программа может применяться во многих других областях. Она может отображать объекты из вершин и ребер (граф (математика)) практически любого вида сложности. Ключевым аспектом программной архитектуры Cytoscape является возможность использования плагинов. Большинство плагинов свободно доступно в Cytoscape App Store^[4].

Базовые возможности

Основная часть Cytoscape^[3] представляет собой сетевой граф с молекулярными видами в качестве узлов (вершин) и межмолекулярных взаимодействий в качестве связей (ребер) между узлами. Cytoscape Core предоставляет базовую функциональность для интеграции произвольных данных на графе, визуального представления графа и интегрированных данных, инструментов выделения и фильтрации и интерфейса для внешних методов, реализованных в виде подключаемых модулей^[5].

Визуализация сетей

В Cytoscape^[3] возможны разнообразные способы визуального представления сетей (графов): циклический, в виде дерева, force-directed^[6] и пр. Также пользователь может по-своему организовывать анализируемую сеть. Наложенные на сеть уровни экспрессии и значения p-value могут быть отображены в виде цвета вершин или ребер, толщины или цвета краевых линий и пр. Пользователь может воспользоваться готовыми схемами визуализации и настроить их самостоятельно^[7].

Интеграция данных

Данные интегрируются с графической моделью с помощью атрибутов (Attributes). Это пары (имя, значение), которые сопоставляют имена узлов или ребер определенным значениям данных. Значения атрибута могут принимать любой тип (например, текстовые строки, дискретные или непрерывные числа, URL-адреса или списки) и либо загружаются из хранилища данных, либо генерируются динамически в сеансе. Графические браузеры позволяют пользователю просматривать все атрибуты выбранных узлов и ребер^[8].

Передача аннотаций

В то время как атрибут является предикатом узла или ребра, Annotation представляет иерархическую классификацию (то есть, формально, ориентированный граф без циклов) описаний групп узлов или ребер. Аннотации обычно соответствуют существующему хранилищу знаний, которое является большим, сложным и относительно статическим. Cytoscape объединяет аннотации с другими сетевыми типами данных путем передачи желаемых уровней аннотации на атрибуты узлов или ребер. Используя контроллер аннотаций, можно иметь множество уровней аннотации активными и отображаемыми одновременно, каждый как отдельный атрибут на требуемых узлах или ребрах^[9].

Макет графа (Graph Layout)

Одним из наиболее фундаментальных инструментов для интерпретации данных молекулярного взаимодействия является визуализация узлов и ребер в виде двумерной сети. Cytoscape поддерживает множество алгоритмов автоматизированной компоновки сети, включая иерархическую и круговую компоновки^[10][11].

Визуализация атрибутов (Attribute-to-Visual Mapping)

В то время как компоновка определяет расположение узлов и ребер в окне, сопоставление атрибут-отображение позволяет атрибутам данных управлять внешним видом связанных узлов и ребер. Cytoscape поддерживает широкий спектр визуальных свойств, таких как цвет, форма и размер узла, цвет и толщина границы узла, цвет края, толщина и стиль. Атрибут данных визуализируется с использованием таблицы поиска или интерполяции в зависимости от того, является атрибут дискретным или непрерывным^[9].

Выбор и фильтрация графов (Graph Selection and Filtering)

Чтобы уменьшить сложность сети с большим молекулярным взаимодействием, необходимо отображать подмножества узлов и ребер выборочно. Узлы и ребра могут быть выбраны в соответствии с широким рядом критериев, включая выбор по имени, по списку имен или на основе атрибута. Более сложные запросы выбора сети поддерживаются с помощью набора инструментов фильтрации, который включает фильтр минимальных соседних узлов, выбирающий узлы с минимальным количеством соседей на заданном расстоянии в сети; фильтр локального расстояния, который выбирает узлы на заданном расстоянии от группы предварительно выбранных узлов; комбинированный фильтр, который выбирает узлы произвольно и/или с помощью комбинаций других фильтров, и другие^[11].

Поиск

Cytoscape позволяет производить поиск вершин или ребер по их названиям^[11][12].

Выделение вершин или ребер

Пользователь может выделить подсеть вершин и/или ребер, обладающих какими-либо свойствами. Например, пользователь может выбрать все вершины, имеющие степень больше установленного порога, имеющие определенную функциональную аннотацию, или все вершины, обозначающие гены, чей уровень экспрессии сильно изменился хотя бы в одном эксперименте в соответствие с p-value, загруженными вместе с данными об уровнях экспрессии. Пользователь может создать новую сеть, выделив часть предыдущей^[11].

Поиск модулей и кластеров

При исследовании сетей взаимодействия генов Cytoscape делает возможным поиск отдельных участков, которые состоят из генов с высокой экспрессионной активностью. Более того, в любом изучаемом объекте можно осуществлять поиск участков с высокой связностью элементов, или кластеров ^[11].

Поддержка многих форматов

Cytoscape поддерживает много стандартных форматов, передающих взаимодействия молекул и их аннотацию: SIF (Simple Interaction Format) (англ.), GML (англ.), XGMML (англ.), BioPAX (англ.), PSI-MI (англ.), GraphML, KGML (KEGG XML) (англ.), SBML, OBO и Gene Association (англ.). Текстовые файлы с разделителями, а также формат Microsoft Excel поддерживаются программой. Пользователь может импортировать файлы, содержащие данные об уровнях экспрессии генов и GO аннотацию, загружать и сохранять произвольные атрибуты на вершинах и ребрах сети (графа). Например, к вершинам, обозначающим белки, может быть приписана их функция, а к ребрам, обозначающим взаимодействия между белками, достоверность этих взаимодействий, эту информацию можно получить из базы данных STRING (англ.)^[11].

Функциональная совместимость

В силу того, что Cytoscape поддерживает широкий спектр форматов, его легко можно совмещать с другими программами. Например, если пользователь работал с сетями в программах igraph (англ.) или Bioconductor (англ.), Cytoscape может загрузить файлы выдачи этих программ, провести анализ и сохранить результаты, например, в формате PSI-MI, который дальше может быть использован для обработки другими биоинформатическими программами или скриптами^[11].

Связь со внешними базами данных

Cytoscape способен напрямую подключаться к сторонним базам данных, загружать сети и аннотацию. Примеры используемых баз данных: Pathway Commons (англ.), IntAct (англ.), BioMart (англ.), NCBI Entrez Gene (англ.)^[11].

Сохранение сессии

Текущее состояние работы может быть сохранено в виде файла сессии, который включает в себя все настройки, анализируемые сети, их визуализацию, стили, состояние рабочего окна, плагинов и пр. Файл сессии имеет расширение Cytoscape Session (.cys)^[11].

Сохранение изображений

Cytoscape позволяет сохранять изображения в высоком качестве. Поддерживает следующие форматы: PDF, PS, SVG, PNG, JPEG и BMP^[11].

Просмотр

Просмотр сетей в Cytoscape облегчен возможностью увеличения и уменьшения изображений, их прокрутки, ручного редактирования. Чтобы упростить работу с огромными сетями (например, содержащими более 100 000 вершин или ребер), имеется окно «вида с птичьего полета»^[11].

Менеджер приложений и App Store

К данной программе доступны приложения для исследования сетей и молекулярных профилей. Cytoscape создан на платформе Java, поэтому можно создавать дополнительные приложения для импорта данных, их анализа и визуализации. Множество приложений доступны на Cytoscape App Store (англ.). Большинство приложений можно устанавливать с помощью менеджера App Manager или напрямую из App Store^[13][11].

Поддержка других языков

Можно использовать любой язык в файлах с данными. Многие функции и приложения Cytoscape поддерживают несколько языков, включая восточно-азиатские (рус.)^[11].

Настройка Cytoscape с помощью подключаемых модулей

Подключаемые модули представляют собой мощные средства расширения возможностей для реализации новых алгоритмов, дополнительного сетевого анализа и биологической семантики. Подключаемые модули получают доступ к сетевой модели Core и могут также управлять отображением сети. Хотя Cytoscape Core - это открытое программное обеспечение, плагины - это отдельное программное обеспечение, которое может быть защищено любой лицензией в зависимости от авторов плагинов^[14][11].

Примечания

Ссылки

• cytoscape.org — официальный сайт Cytoscape (англ.)
• Open tutorials (англ.)
• Cytoscape: A Software Environment for Integrated Models of Biomolecular Interaction Networks (англ.)