Qu`est ce que Cytoscape

Introduction à Cytoscape
Qu’est ce que Cytoscape ?
Que peut-on imaginer réaliser avec Cytoscape ?
Cytoscape est une plate-forme logicielle bioinformatique dont les fonctionnalités
recoupent partiellement celles d’outils commerciaux comme Ingenuity IPA ou
Genomatix Bibliosphere, avec l’avantage d’être ouvert, extensible et de bénéficier
des efforts d’une large communauté de développeurs. Même si aujourd’hui les
sources de données directement exploitables dans Cytoscape ne sont pas encore
très fournies, l’intégration d’un connecteur exploitant les données de
pathwaycommons.org permet de considérer Cytoscape comme un outil de référence
pour l’exploitation des données de réseaux d’interactions. Cytoscape permet
notamment d’explorer les interactions d’un groupe de gènes, d’interpréter des
résultats de microarray ou de modéliser des régulations génétiques ou métaboliques.
Aujourd’hui, aucun logiciel, qu’il soit commercial ou non, ne propose des jeux de
données d’interactions moléculaires exhaustifs, à fortiori pour les eucaryotes. La
recherche puis la génération d’un jeu de données d’interactions le plus complet
possible constitue donc une phase préalable cruciale et parfois limitante en fonction
du thème d’étude.
Qu’elles sont les fonctionnalités de Cytoscape ?
Cytoscape est un logiciel permettant de visualiser les réseaux d’interactions
moléculaires et les voies métaboliques, avec leurs annotations, leurs profils
d’expression ou d’autres attributs associés. Même si Cytoscape a été initialement
conçu pour la recherche en biologie, c’est maintenant une plate-forme logicielle
générique pour la visualisation et l’analyse des réseaux complexes.
Comment est conçu Cytoscape ?
La distribution Cytoscape core fournie des outils de base pour l’intégration de
données et leur visualisation. Des fonctionnalités avancées sont mises à disposition
sous forme de plugins. Les plugins sont par exemple des outils d’analyse de réseaux
moléculaires, de layout, de support d’importation de formats de fichier additionnels,
de scripting,ou de connection aux bases de données. Les plugins peuvent être
développés par quiconque et utilisent l’interface de programmation ouverte de
Cytoscape en langage JAVA. La plupart des plugins sont disponibles gratuitement.
1ère étape : Découvrir les sources de données d’interactions
Nous allons brièvement étudier les différentes sources de données d’interactions
disponibles et étudier le type de données qu’elles contiennent.
Exercice 1.1 : Les sources de données
Vous allez naviguer sur les différents sites web donnant l’accès à des sources de
données d’interactions
Les sources de données d’interactions potentiellement exploitables
Publiques :
BioModels, IntAct, Reactome, Pathway Commons , KEGG, PID
Privées :
Ingenuity IPA, Genomatix Bibliosphere, Biobase Transpath…
Connaissez-vous d’autres sources de données d’interactions ? Si oui, listez-les.
Les types d’interactions
A partir des sites web explorés dans l’exercice 1, vous allez lister dans le tableau
suivant les types d’interactions disponibles (ex : protéine - protéine) par source de
données, ainsi que le type d’entités biologiques concernées (ex : gène).
Source
Type(s) d’interactions
Type(s) d’entités
Exercice 1.2 : Les sources de données sont elles directement exploitables ?
Certaines sources de données sont directement intégrées à des outils d’exploration
et de visualisation, lesquelles ?
L’exportation des données d’interaction est elle possible ?
Si oui, en quel format ?
Exercice 1.3 : Quelles sont les données disponibles pour mon sujet d’étude ?
Dans quel(s) cas vous trouvez vous ?
…
vous étudiez un groupe restreint de gènes ou protéines en particulier ;
… vous exploitez les annotations de l’humain, du rat ou de la souris via des
identifiants de référence comme l’official symbol HGNC ;
… vous étudiez une ou des voix métaboliques en particulier ;
… vous avez à disposition une liste de publications scientifiques que vous jugez
suffisamment exhaustive pour permettre de déduire un réseau d’interactions ;
… vous disposez de résultats d’expériences permettant de déduire des
interactions ;
… votre sujet ne semble pas suffisamment étudié pour permettre une approche
réseau d’interactions ;
… autres : préciser votre cas :
Quelles sont les sources et types de données adaptés à votre projet de recherche ?
Comptez-vous utiliser les sources de données existantes ou créer une source de
données personnalisée ?
Exercice 1.4 : Présentation de l’interface de Cytoscape.
Découvrez l’interface de Cytoscape avec les liens du schéma suivant qui poointent
vers des films de présentation
Gestion de la mise en
forme 2D des
graphes (« layout »)
Zoom
Editeur de
graphe
Recherche et indexation
Gestion des
fichiers
Onglet de gestion
des reseaux
Editeur et sélecteur
de style graphique
« VizMapper »
Vue navigateur
Panneau des
données
2ième étape : Mon premier réseau dans Cytoscape
Exercice 2.1 : Installation de Cytoscape
Téléchargement de Cytoscape
Pour utiliser Cytoscape, vous pouvez télécharger la dernière version du logiciel à
partir site cytoscape.org. La version avec laquelle ont été réalisés ces exercices est
la 2.5.1 ; La version 2.5.1, 2.5.2 et 2.6 conviennent. (Cytoscape nécessite JAVA
Standard Edition 5 ou 6, voir le site de sun microsystems). Une version préconfigurée
de Cytoscape est également disponible sur la page de la formation.
Java Web Start
Une autre solution est l’utilisation d’un lien vers un fichier Java Web Start, si votre
installation de Java le permet. L’installation Java Web Start permet en un clic de
souris de télécharger, mettre à jour, configurer les plugins, charger les données et
utiliser Cytoscape. C’est la solution la plus simple que vous pouvez découvrir en
allant sur le site http://www.pathwaycommons.org (effectuez une recherche, par
exemple "PPAR" et cliquez sur le premier lien View network neighborhood in
Cytoscape. Cytoscape sera téléchargé avec certains plugins, puis lancé avec les
données d’entrée correspondant à la recherche effectuée.
¾ voir un exemple en vidéo
Exercice 2.2 : Charger des données d’interactions
Charger des données de réseau à partir d’un fichier
Nous allons charger un fichier exemple de données d’interactions au format .sif.
Ce fichier décrit un graphe dont les nœuds sont associés à des identifiants
numériques (ex : 25898) et les arcs à des types d’interaction (ex :
COMPONENT_OF). Les lignes sont composées de trois champs séparés par des
tabulations :
Exemple :
ID_noeud1
type_interaction
ID_noeud2
25898
COMPONENT_OF
25895
Nous allons ouvrir le fichier presenilin.sif dans un éditeur de texte pour examiner son
contenu puis dans Cytoscape avec le menu File/import/network(multiple file types).
¾ voir un exemple en vidéo
Il est également possible de réaliser l’importation à partir d’une URL :
¾ voir un exemple en vidéo
Charger des données d’annotations à partir d’un fichier
Les nœuds et arcs du graphe d’interactions peuvent être associés à des attributs
permettant l’annotation. Par exemple, un nœud représentant un gène peut être
associé à une série d’alias de nom, un arc représentant une interaction gène/
protéine peut être associé au type d’interaction (inhibition, activation…)
Attribut de nœud :
¾ voir un exemple en vidéo
Attribut d’arc :
¾ voir un exemple en vidéo
Comme sur la vidéo, importez les fichiers d’attributs de nœud biopax.comment.NA et
biopax.xref.UNIPROT.NA puis utilisez la Data panel pour visualiser et explorer les
attributs.
Exercice 2.3 : Outils de sélection
De nombreux outils permettent la sélection de sous éléments du graphe.
Voisinage
On peut par exemple sélectionner les nœuds voisins et arcs d’un nœud donné :
¾ voir un exemple en vidéo
Remarque : des plugins permettent d’étendre ces fonctionnalités de sélection.
Filtre
On peut également filtrer les nœuds par valeur d’attribut :
¾ voir un exemple en vidéo
Exercice 2.4 : Les connecteurs à des sources online d’interactions
Nous allons découvrir une puissante fonctionnalité de Cytoscape : les connecteurs
cPath / Pathways commons qui permettent de rechercher des interactions online et
de créer un réseau dans Cytoscape.
CPath
Première version du connecteur vers Pathways commons (CPath)
¾ voir un exemple en vidéo
Connecteur Web Service
Seconde version avec recherche avancée (connecteur Web Service vers
Pathways commons)
¾ voir un exemple en vidéo
Exercice 2.5 : Utiliser des plugins
Les plugins permettent d’effectuer des traitements d’analyse, de visualisation,
d’exportation, d’importation, etc. Ces outils étendent les possibilités offertes par la
version core de Cytoscape.
Installation
Pour utiliser des plugins, plusieurs solutions s’offrent à vous :
-
Vous pouvez installer l’archive .jar du plugin dans le répertoire plugins de
Cytoscape
-
Vous pouvez utiliser le plugins manager :
¾ voir la vidéo
-
Vous pouvez également dans certains cas utiliser Cytoscape déjà
configuré par Java Web Start avec les plugins de votre choix :
¾ Java Web Start
Exemples de plugins
Voici quelques exemples de plugins intéressants :
APID2NET :
Fonctionnalités : connecteur base de données d’interactions et d’annotations,
annotation GO, groupes.
URL: http://bioinfow.dep.usal.es/apid/apid2net.html
¾ voir la vidéo
FCModeler :
Fonctionnalités : trouver des chemins dans un réseau, sélection de voisinage,
création de sous graphes.
URL : http://metnetdb.org/MetNet_fcmodeler_cytoscape_main.htm
¾ voir la vidéo
BINGO :
Fonctionnalités : annotation GO et test de sur-représentativité des classes
GO.
URL : http://www.psb.ugent.be/cbd/papers/BiNGO/
¾ voir la vidéo
GOSLIMMER :
Fonctionnalités : conversion d’un graphe Gene Ontology en un graphe
synthétique exprimant la couverture d’un groupe de gènes donné.
URL : http://yeastgenomics.ca/resources
¾ voir la vidéo
BiNoM :
Fonctionnalités : import, export BioPAX, SBML, format CellDesigner, analyse
de réseaux.
URL : http://bioinfo-out.curie.fr/projects/binom/
Autres plugins
La page http://www.cytoscape.org/plugins2.php référence les plugins disponibles :
Choisissez un plugin d’intérêt, installez-le puis cherchez à l’utiliser.
Remarque : en général, il faut installer l’archive .jar du plugin dans le
répertoire plugins de Cytoscape puis relancer Cytoscape. Attention cette procédure
n’est pas applicable pour un Cytoscape déjà lancé à partir de Java Web Start.
Conclusion
Cette introduction à Cytoscape est terminée. Nous espérons vous avoir montré les
potentialités de Cytoscape dans le cadre d’une approche réseaux d’interactions.
Vous pouvez approfondir votre maîtrise de Cytoscape avec les cours en lignes
disponibles sur le site de Cytoscape. A vous de jouer !