Network Biology day two Paolo Tieri, CNR, Italy - - PowerPoint PPT Presentation

Network ¡Biology ¡ day ¡two ¡

Paolo ¡Tieri, ¡CNR, ¡Italy ¡ Universidade ¡Federal ¡de ¡Minas ¡Gerais ¡ Belo ¡Horizonte, ¡Brazil ¡

2 ¡Tools ¡and ¡Resources ¡

• Resources ¡and ¡soAware ¡for ¡network ¡biology ¡

– VisualizaEon ¡and ¡analysis ¡tools ¡ – Databases ¡ – Standards ¡ ¡

2 ¡

• Tools ¡for ¡visualizaEon ¡
• Tools ¡for ¡analysis ¡
• Tools ¡for ¡both ¡
• Standalone ¡
• web-­‑based ¡
• Plugins ¡(R, ¡matlab…) ¡
• Free ¡and ¡license ¡purchase ¡

Cytoscape ¡

• Tomorrow! ¡

CellDesigner ¡

• hQp://www.celldesigner.org/ ¡
• Structured ¡diagram ¡editor ¡for ¡drawing ¡gene-­‑

regulatory ¡and ¡biochemical ¡networks ¡

• hQp://www.celldesigner.org/models.html ¡

model ¡repository ¡

yEd ¡

• hQp://www.yworks.com/en/products/yfiles/

yed/ ¡ ¡

• Desktop ¡applicaEon ¡that ¡can ¡be ¡used ¡to ¡

quickly ¡and ¡effecEvely ¡generate ¡high-­‑quality ¡ diagrams ¡

Pajek ¡

• hQp://pajek.imfm.si/doku.php?id=pajek ¡
• Pajek ¡(Slovene ¡word ¡for ¡Spider) ¡is ¡a ¡program ¡

(Windows ¡only) ¡for ¡analysis ¡and ¡visualizaEon ¡

• f ¡large ¡networks ¡
• Quite ¡powerful, ¡good ¡for ¡very ¡large ¡graphs ¡

(fast), ¡not ¡very ¡used ¡in ¡biology ¡

Biolayout ¡3D ¡

• hQp://www.biolayout.org/ ¡
• Designed ¡for ¡visualizaEon, ¡clustering, ¡exploraEon ¡

and ¡analysis ¡of ¡very ¡large ¡network ¡graphs ¡in ¡two-­‑ ¡ and ¡three-­‑dimensional ¡space ¡derived ¡primarily, ¡ but ¡not ¡exclusively, ¡from ¡biological ¡data ¡

• hQp://youtu.be/pzyDC16YK14 ¡ ¡

Circos ¡

• hQp://circos.ca/ ¡ ¡
• soAware ¡package ¡for ¡visualizing ¡data ¡and ¡
• informaEon. ¡It ¡visualizes ¡data ¡in ¡a ¡circular ¡

layout ¡— ¡this ¡makes ¡Circos ¡ideal ¡for ¡exploring ¡ relaEonships ¡between ¡objects ¡or ¡posiEons ¡ ¡

hQp://youtu.be/y08gvSvoHxg ¡ If ¡you ¡are ¡curious: ¡hQp://youtu.be/M-­‑rTAr3pj5g ¡(54 ¡mins) ¡ ¡

Hive ¡Plots ¡

• hQp://www.hiveplot.net/ ¡ ¡
• A ¡scalable, ¡computaEonally ¡fast, ¡and ¡straight-­‑forward ¡

network ¡visualizaEon ¡method ¡that ¡makes ¡possible ¡ visual ¡interpretaEon ¡of ¡network ¡structure ¡and ¡ evoluEon ¡hQp://youtu.be/1cKG-­‑VHIr8A ¡ ¡

PINA ¡Protein ¡InteracEon ¡Network ¡ Analysis ¡

• hQp://cbg.garvan.unsw.edu.au/pina/ ¡
• integrated ¡plajorm ¡for ¡protein ¡interacEon ¡

network ¡construcEon, ¡filtering, ¡analysis, ¡ visualizaEon ¡and ¡management ¡

VisANT ¡

• hQp://visant.bu.edu/ ¡
• IntegraEve ¡network ¡plajorm ¡to ¡connect ¡

genes, ¡drugs, ¡diseases ¡and ¡therapies ¡

NeAT ¡Network ¡Analysis ¡Tools ¡

• hQp://rsat.ulb.ac.be/index_neat.html ¡
• Modular ¡computer ¡programs ¡specifically ¡

designed ¡for ¡the ¡analysis ¡of ¡biological ¡network ¡

Netwalker ¡

• hQps://netwalkersuite.org/ ¡
• desktop ¡applicaEon ¡for ¡funcEonal ¡analyses ¡of ¡

large-­‑scale ¡genomics ¡datasets ¡within ¡the ¡ context ¡of ¡molecular ¡network ¡

DAPPLE ¡Disease ¡AssociaEon ¡Protein-­‑ Protein ¡Link ¡Evaluator ¡

• hQps://www.broadinsEtute.org/mpg/dapple/

dappleTMP.php ¡ ¡

• DAPPLE ¡looks ¡for ¡significant ¡physical ¡

connec7vity ¡among ¡proteins ¡encoded ¡for ¡by ¡ genes ¡in ¡loci ¡associated ¡to ¡disease ¡according ¡to ¡ protein-­‑protein ¡interacEons ¡reported ¡in ¡the ¡ literature ¡

• The ¡hypothesis ¡behind ¡DAPPLE ¡is ¡that ¡causal ¡

geneEc ¡variaEon ¡affects ¡a ¡limited ¡set ¡of ¡ underlying ¡mechanisms ¡that ¡are ¡detectable ¡by ¡ protein-­‑protein ¡interac7ons ¡

IPA ¡Ingenuity ¡

• hQp://www.ingenuity.com/products/ipa ¡
• Understanding ¡of ¡complex ¡‘omics ¡data ¡at ¡

mulEple ¡levels ¡by ¡integraEng ¡data ¡from ¡a ¡variety ¡

• f ¡experimental ¡plajorms ¡and ¡providing ¡insight ¡

into ¡the ¡molecular ¡and ¡chemical ¡interacEons, ¡ cellular ¡phenotypes, ¡and ¡disease ¡processes ¡

• hQp://youtu.be/_HDkjuxYRcY ¡ ¡

Gephi ¡

• hQps://

gephi.github.io/ ¡

• Gephi ¡is ¡an ¡interacEve ¡

visualizaEon ¡and ¡ exploraEon ¡plajorm ¡ for ¡all ¡kinds ¡of ¡ networks ¡and ¡complex ¡ systems, ¡dynamic ¡and ¡ hierarchical ¡graphs ¡

• hQp://

player.vimeo.com/ video/9726202 ¡ ¡

Databases ¡

• Different ¡from ¡online ¡tools, ¡but ¡more ¡and ¡

more ¡are ¡offering ¡integrated ¡analysis ¡and ¡ visualizaEon ¡tools ¡

Warnings ¡on ¡DB ¡usage ¡

• Ambiguity ¡about ¡the ¡logic ¡behind ¡the ¡queries ¡

the ¡user ¡is ¡allowed ¡to ¡formulate ¡(query ¡logic) ¡

• inconsistency ¡among ¡the ¡iden7fiers ¡the ¡user ¡is ¡

allowed ¡to ¡adopt ¡(Pathway ¡nomenclature ¡and ¡ iden7fiers) ¡

• a ¡database ¡may ¡simply ¡be ¡missing ¡the ¡relevant ¡

pathway ¡ ¡

Cite this: Mol. BioSyst., 2013, 9, 2401

Signalling pathway database usability: lessons learned

Paolo Tieri*ab and Christine Nardinia

Molecular BioSystems

OPINION

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• Same ¡may ¡

happen ¡in ¡ PPI ¡ databases ¡

Turinsky ¡et ¡al ¡Nat ¡Biotec ¡2011 ¡

• Despite ¡the ¡high ¡quality ¡of ¡single ¡curated ¡

databases, ¡conflicEng ¡informaEon ¡sEll ¡persists ¡ ¡

• Database ¡curators ¡should ¡devote ¡the ¡same ¡

aQenEon ¡that ¡they ¡pay ¡to ¡the ¡molecular ¡ informaEon ¡stored ¡in ¡their ¡database ¡to ¡the ¡ descripEon ¡of ¡the ¡algorithms ¡and ¡hypotheses ¡ behind ¡the ¡search ¡procedures ¡ ¡

• USER! ¡Always ¡consciously ¡scru7nize ¡the ¡

informa7on ¡available ¡to ¡perform ¡a ¡rigorous ¡ choice ¡of ¡resources ¡ ¡

Pathguide ¡

• hQp://pathguide.org/ ¡
• Pathguide ¡contains ¡informaEon ¡about ¡547 ¡

biological ¡pathway ¡related ¡resources ¡and ¡ molecular ¡interacEon ¡related ¡resources ¡

UniProt ¡Unified ¡Protein ¡Resource ¡

• hQp://www.uniprot.org/ ¡ ¡
• comprehensive, ¡high-­‑quality ¡and ¡freely ¡

accessible ¡resource ¡of ¡protein ¡sequence ¡and ¡ funcEonal ¡informaEon ¡

• hQp://youtu.be/ado1r8IDm3U ¡ ¡

¡

InnateDB ¡

• hQp://www.innatedb.com/ ¡
• Publicly ¡available ¡database ¡of ¡the ¡genes, ¡

proteins, ¡experimentally-­‑verified ¡interacEons ¡ and ¡signaling ¡pathways ¡involved ¡in ¡the ¡innate ¡ immune ¡response ¡of ¡humans, ¡mice ¡and ¡ bovines ¡to ¡microbial ¡infecEon ¡

KEGG ¡

• hQp://www.genome.jp/kegg/ ¡
• KEGG ¡is ¡a ¡database ¡resource ¡for ¡

understanding ¡high-­‑level ¡funcEons ¡and ¡ uEliEes ¡of ¡the ¡biological ¡system, ¡such ¡as ¡the ¡ cell, ¡the ¡organism ¡and ¡the ¡ecosystem, ¡from ¡ molecular-­‑level ¡informaEon, ¡especially ¡large-­‑ scale ¡molecular ¡datasets ¡generated ¡by ¡ genome ¡sequencing ¡and ¡other ¡high-­‑ throughput ¡experimental ¡technologies ¡ ¡

KEGG ¡Pathway ¡

• hQp://www.genome.jp/kegg/pathway.html ¡ ¡
• KEGG ¡PATHWAY: ¡mapping ¡is ¡the ¡process ¡to ¡

map ¡molecular ¡datasets, ¡especially ¡large-­‑scale ¡ datasets ¡in ¡genomics, ¡transcriptomics, ¡ proteomics, ¡and ¡metabolomics, ¡to ¡the ¡KEGG ¡ pathway ¡maps ¡for ¡biological ¡interpretaion ¡of ¡ higher-­‑level ¡systemic ¡func7ons ¡

• hQp://www.genome.jp/kegg/tool/

map_pathway1.html ¡ ¡

REACTOME ¡

• hQp://www.reactome.org/ ¡
• Reactome ¡is ¡a ¡free, ¡open-­‑source, ¡curated ¡and ¡

peer ¡reviewed ¡pathway ¡database ¡

• The ¡goal ¡is ¡to ¡provide ¡intuiEve ¡bioinformaEcs ¡

tools ¡for ¡the ¡visualizaEon, ¡interpretaEon ¡and ¡ analysis ¡of ¡pathway ¡knowledge ¡to ¡support ¡basic ¡ research, ¡genome ¡analysis, ¡modeling, ¡systems ¡ biology ¡and ¡educaEon ¡

• The ¡current ¡version ¡(v51) ¡of ¡Reactome ¡was ¡

released ¡on ¡December ¡8, ¡2014 ¡

PathwayCommons ¡

• hQp://www.pathwaycommons.org/about/ ¡
• Pathway ¡Commons ¡is ¡a ¡network ¡biology ¡

resource ¡and ¡acts ¡as ¡a ¡convenient ¡point ¡of ¡ access ¡to ¡biological ¡pathway ¡informaEon ¡ collected ¡from ¡public ¡pathway ¡databases, ¡ which ¡you ¡can ¡search, ¡visualize ¡and ¡download ¡

• All ¡data ¡is ¡freely ¡available, ¡under ¡the ¡license ¡

terms ¡of ¡each ¡contribuEng ¡database ¡

APID ¡Agile ¡Protein ¡InteracEon ¡ DataAnalyzer ¡

• hQp://bioinfow.dep.usal.es/apid/index.htm ¡
• interacEve ¡bioinformaEc ¡web-­‑tool ¡that ¡has ¡been ¡

developed ¡to ¡allow ¡exploraEon ¡and ¡analysis ¡of ¡ main ¡currently ¡known ¡informaEon ¡about ¡protein-­‑ protein ¡interacEons ¡ ¡all ¡known ¡experimentally ¡ validated ¡protein-­‑protein ¡interacEons ¡(BIND, ¡ BioGRID, ¡DIP, ¡HPRD, ¡IntAct ¡and ¡MINT)integrated ¡ and ¡unified ¡in ¡a ¡common ¡and ¡comparaEve ¡

• plajorm. ¡The ¡analyEcal ¡and ¡integraEve ¡effort ¡

done ¡in ¡APID ¡provides ¡an ¡open ¡access ¡frame ¡ where ¡are ¡unified ¡in ¡a ¡unique ¡web ¡applicaEon ¡

iRefWeb ¡

• hQp://wodaklab.org/iRefWeb/ ¡
• web ¡interface ¡to ¡a ¡broad ¡landscape ¡of ¡data ¡on ¡

protein-­‑protein ¡interacEons ¡(PPI) ¡consolidated ¡ from ¡major ¡public ¡databases ¡

• reliability ¡of ¡an ¡interacEon ¡using ¡simple ¡criteria, ¡

such ¡as ¡the ¡number ¡of ¡supporEng ¡publicaEons, ¡ the ¡scale ¡of ¡the ¡corresponding ¡studies ¡(high-­‑ ¡or ¡ low-­‑throughput) ¡or ¡the ¡detecEon ¡methods ¡used ¡ in ¡the ¡original ¡experiments ¡

DAVID ¡Database ¡for ¡AnnotaEon, ¡ VisualizaEon ¡and ¡Integrated ¡Discovery ¡

• hQp://david.abcc.ncifcrf.gov/ ¡ ¡
• comprehensive ¡set ¡of ¡funcEonal ¡annotaEon ¡

tools ¡for ¡invesEgators ¡to ¡understand ¡biological ¡ meaning ¡behind ¡large ¡list ¡of ¡genes ¡

Enrichr ¡

• hQp://amp.pharm.mssm.edu/Enrichr/ ¡
• integraEve ¡web-­‑based ¡and ¡mobile ¡soAware ¡

applicaEon ¡that ¡includes ¡new ¡gene-­‑set ¡ libraries, ¡an ¡alternaEve ¡approach ¡to ¡rank ¡ enriched ¡terms, ¡and ¡various ¡interacEve ¡ visualizaEon ¡approaches ¡to ¡display ¡ enrichment ¡results ¡

HGNC ¡HuGO ¡Gene ¡Nomenclature ¡ CommiQee ¡ ¡

• hQp://www.genenames.org/cgi-­‑bin/

symbol_checker ¡ ¡

• the ¡only ¡worldwide ¡authority ¡that ¡assigns ¡

standardised ¡nomenclature ¡to ¡human ¡genes ¡

STRING ¡

• hQp://string-­‑db.org/ ¡ ¡
• database ¡of ¡known ¡and ¡predicted ¡protein ¡
• interacEons. ¡The ¡interacEons ¡include ¡direct ¡

(physical) ¡and ¡indirect ¡(funcEonal) ¡associaEons; ¡ they ¡are ¡derived ¡from ¡four ¡sources: ¡

• Genomic ¡Context ¡
• High-­‑throughput ¡Experiments ¡
• (Conserved) ¡Coexpression ¡
• Previous ¡Knowledge ¡ ¡ ¡

IntAct ¡

• hQps://www.ebi.ac.uk/intact/ ¡
• freely ¡available, ¡open ¡source ¡database ¡system ¡

and ¡analysis ¡tools ¡for ¡molecular ¡interacEon ¡

• data. ¡All ¡interacEons ¡are ¡derived ¡from ¡

literature ¡curaEon ¡or ¡direct ¡user ¡submissions ¡ and ¡are ¡freely ¡available ¡

MINT ¡Molecular ¡INTeracEon ¡database ¡

• hQp://mint.bio.uniroma2.it/mint/

Welcome.do ¡ ¡

• Database ¡focused ¡on ¡experimentally ¡verified ¡

protein-­‑protein ¡interacEons ¡mined ¡from ¡the ¡ scienEfic ¡literature ¡by ¡expert ¡curators ¡

BioGRID ¡

• hQp://thebiogrid.org/ ¡
• online ¡interacEon ¡repository ¡with ¡data ¡

compiled ¡through ¡comprehensive ¡curaEon ¡ efforts ¡

• Data ¡from ¡44,686 ¡publicaEons ¡for ¡812,935 ¡

raw ¡protein ¡and ¡geneEc ¡interacEons ¡from ¡ major ¡model ¡organism ¡species ¡ ¡

GeneMANIA ¡

• hQp://genemania.org/ ¡ ¡
• GeneMANIA ¡finds ¡other ¡genes ¡that ¡are ¡related ¡

to ¡a ¡set ¡of ¡input ¡genes, ¡using ¡a ¡very ¡large ¡set ¡

• f ¡funcEonal ¡associaEon ¡data. ¡AssociaEon ¡

data ¡include ¡protein ¡and ¡geneEc ¡interacEons, ¡ pathways, ¡co-­‑expression, ¡co-­‑localizaEon ¡and ¡ protein ¡domain ¡similarity ¡

BioModels ¡

• hQps://www.ebi.ac.uk/biomodels-­‑main/ ¡ ¡
• repository ¡of ¡computaEonal ¡models ¡of ¡

biological ¡processes. ¡Models ¡described ¡from ¡ literature ¡are ¡manually ¡curated ¡and ¡enriched ¡ with ¡cross-­‑references ¡

ArrayExpress ¡

• hQps://www.ebi.ac.uk/arrayexpress/ ¡
• database ¡of ¡funcEonal ¡genomics ¡experiments ¡

that ¡can ¡be ¡queried ¡and ¡the ¡data ¡downloaded ¡

• Gene ¡expression ¡data ¡from ¡microarray ¡and ¡

high ¡throughput ¡sequencing ¡studies ¡

• Experiments ¡are ¡submiQed ¡directly ¡to ¡

ArrayExpress ¡or ¡are ¡imported ¡from ¡the ¡NCBI ¡ GEO ¡database. ¡

IDconverter ¡

• hQp://idconverter.iib.uam.es/ ¡

Standards ¡

• Standard ¡languages ¡to ¡enable ¡integraEon, ¡

exchange, ¡visualisaEon ¡and ¡analysis ¡of ¡biological ¡ pathways ¡at ¡the ¡molecular ¡and ¡the ¡cellular ¡level ¡

• Biological ¡Pathway ¡Exchange ¡(BioPAX) ¡
• Systems ¡Biology ¡Markup ¡Language ¡(SBML) ¡
• Systems ¡Biology ¡Graphical ¡NotaEon ¡(SBGN) ¡
• Cell ¡Markup ¡Language ¡(CellML) ¡
• PSI-­‑MI ¡
• … ¡
• hQp://www.psidev.info/ ¡ ¡

Standards ¡/ ¡Guidelines ¡

• MIMIx ¡is ¡a ¡community ¡guideline ¡advising ¡the ¡user ¡on ¡how ¡

to ¡fully ¡describe ¡a ¡molecular ¡interacEon ¡experiment ¡and ¡ which ¡informaEon ¡it ¡is ¡important ¡to ¡capture ¡

• Molecule ¡(unanmiguous ¡descripEon) ¡
• experiment ¡(to ¡capture ¡the ¡aspects ¡of ¡an ¡interacEon ¡

experiment ¡which ¡are ¡necessary ¡to ¡classify ¡and ¡criEcally ¡ assess ¡the ¡results ¡and ¡their ¡interpretaEon) ¡

• interac7on, ¡including ¡both ¡qualitaEve ¡parameters ¡and ¡

quanEEve ¡parameters, ¡for ¡example ¡dissociaEon ¡constants. ¡ However, ¡this ¡data ¡is ¡oAen ¡not ¡available, ¡and ¡thus ¡MIMIx ¡

• nly ¡requires ¡two ¡elements ¡for ¡the ¡descripEon ¡of ¡an ¡

interacEon, ¡the ¡list ¡of ¡molecules ¡par1cipa1ng ¡in ¡the ¡ interacEon, ¡characterised ¡as ¡above, ¡and ¡a ¡quality ¡ assessment ¡

• … ¡

Standards ¡/ ¡Data ¡Formats ¡

• The ¡Proteomics ¡Standards ¡IniEaEve ¡(PSI) ¡aims ¡

to ¡define ¡community ¡standards ¡for ¡data ¡ representa7on ¡in ¡proteomics ¡to ¡facilitate ¡ data ¡comparison, ¡exchange ¡and ¡verificaEon ¡

• The ¡PSI ¡MI ¡format ¡is ¡a ¡data ¡exchange ¡format ¡

for ¡molecular ¡interacEons. ¡It ¡is ¡not ¡a ¡proposed ¡ database ¡structure ¡

• hQp://psidev.sourceforge.net/

molecular_interacEons//rel25/doc/ ¡ ¡

Standards ¡/ ¡Controlled ¡Vocabulary ¡

• The ¡Controlled ¡Vocabularies ¡(CVs) ¡of ¡the ¡

Proteomic ¡Standard ¡IniEaEve ¡(PSI) ¡provide ¡a ¡ consensus ¡annota7on ¡system ¡to ¡standardize ¡ the ¡meaning, ¡syntax ¡and ¡formalism ¡of ¡terms ¡ used ¡across ¡proteomics, ¡as ¡required ¡by ¡the ¡ PSI ¡Working ¡Groups ¡

• Each ¡PSI ¡working ¡group ¡develop ¡the ¡CVs ¡

required ¡by ¡the ¡technology ¡or ¡data ¡type ¡it ¡ aims ¡to ¡standardize ¡

• [Term] ¡
• id: ¡MI:0001 ¡
• name: ¡interacEon ¡detecEon ¡method ¡
• namespace: ¡PSI-­‑MI ¡
• def: ¡"Method ¡to ¡determine ¡the ¡interacEon." ¡[PMID:14755292] ¡
• subset: ¡Drugable ¡
• subset: ¡PSI-­‑MI_slim ¡
• synonym: ¡"interacEon ¡detect" ¡EXACT ¡PSI-­‑MI-­‑short ¡[] ¡
• relaEonship: ¡part_of ¡MI:0000 ¡! ¡molecular ¡interacEon ¡
• [Term] ¡
• id: ¡MI:0002 ¡
• name: ¡parEcipant ¡idenEficaEon ¡method ¡
• namespace: ¡PSI-­‑MI ¡
• def: ¡"Method ¡to ¡determine ¡the ¡molecules ¡involved ¡in ¡the ¡interacEon." ¡[PMID:14755292] ¡
• subset: ¡PSI-­‑MI_slim ¡
• synonym: ¡"parEcipant ¡detecEon" ¡EXACT ¡PSI-­‑MI-­‑alternate ¡[] ¡
• synonym: ¡"parEcipant ¡ident" ¡EXACT ¡PSI-­‑MI-­‑short ¡[] ¡
• relaEonship: ¡part_of ¡MI:0000 ¡! ¡molecular ¡interacEon ¡

BioPAX ¡

• hQp://www.biopax.org/index.html ¡ ¡
• Biological ¡Pathway ¡Exchange ¡(BioPAX) ¡is ¡a ¡

standard ¡language ¡to ¡represent ¡biological ¡ pathways ¡at ¡the ¡molecular ¡and ¡cellular ¡level ¡ and ¡to ¡facilitate ¡the ¡exchange ¡of ¡pathway ¡data ¡

• p.Eeri@iac.cnr.it ¡

• 3+6=9 ¡
• But ¡so ¡does ¡4+5 ¡
• So, ¡explore ¡ways ¡to ¡do ¡things ¡
• Find ¡yours ¡
• Respect ¡others’ ¡way ¡
• ;-­‑) ¡thank ¡you ¡all! ¡