Cytoscape可視化

1、cytoscape簡介

2、cytoscape使用舉例

3、圖形美化

4、子網(wǎng)提取

5、String-蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫

一、Cytoscape——簡介

Cytoscape 是一個專注于開源網(wǎng)絡可視化和分析的軟件。它的核心是提供基礎的功能布局和查詢網(wǎng)絡，并依據(jù)基本的數(shù)據(jù)的結合成可視化網(wǎng)絡。Cytoscape 源自系統(tǒng)生物學，用于將生物分子交互網(wǎng)絡與高通量基因表達數(shù)據(jù)和其他的分子狀態(tài)信息整合在一起，其最強大的功能還是用于大規(guī)模蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)-DNA和遺傳交互作用的分析。

通過Cytoscape，可以在可視化的環(huán)境下將這些生物網(wǎng)絡跟基因表達、基因型等各種分子狀態(tài)信息整合在一起，還能將這些網(wǎng)絡跟功能注釋數(shù)據(jù)庫鏈接在一起。Cytoscape 的核心是網(wǎng)絡，簡單的網(wǎng)絡圖包括節(jié)點（node）和邊（edge），每個節(jié)點可以是基因、miNRA或蛋白質(zhì)等等；節(jié)點與節(jié)點之間的連接 (edge) 代表著這些節(jié)點之間的相互作用，包括蛋白與蛋白相互作用（pp），DNA與蛋白相互作用（pd）等。

注：Cytoscape安裝前需安裝Java

主頁面注：版本為cytoscape_3.5.1

主窗口有以下幾個成分組成：

菜單欄工具欄網(wǎng)絡處理面板網(wǎng)絡主視圖窗口屬性瀏覽板塊（展示選擇的點或邊的屬性和能夠修改屬性值）

1.菜單欄：File菜單：open（打開一個Cytoscape文件）；New（建立一個新的網(wǎng)絡，空的或已經(jīng)存在的網(wǎng)絡）；Import（導入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和屬性）；Export（輸出數(shù)據(jù)和圖）等Eidt菜單：Undo（撤銷）；Redo（重做）；create/destory view (創(chuàng)建/撤銷視圖)等View菜單：Hide/Show Control Panel(打開或隱藏網(wǎng)絡處理板塊)；Show Results Panel(網(wǎng)絡瀏覽)等Select菜單：不同點和邊選擇選項；過濾器等Layout菜單：安排可視化網(wǎng)絡，Plugins菜單：管理插件（install/update/delete）和添加已經(jīng)安裝的插件注：把需要的插件從網(wǎng)絡上下載，并復制到系統(tǒng)盤的Cytoscape程序下的Plugins下就可以使用了。?2.工具欄：主要為菜單欄file的快捷鍵：打開、保存、導入(本地、數(shù)據(jù)庫、表格)/導出(網(wǎng)絡、表格、圖片)以及網(wǎng)絡主視圖窗口中網(wǎng)絡大小調(diào)整等

3.網(wǎng)絡處理板塊：network：包括所有創(chuàng)建的網(wǎng)絡，可以選擇相應的網(wǎng)絡進行操作 style：屬性(node/edge/network) Node:對點進行設置，包括：點的形狀、顏色、大?。稽c邊界線的類型、顏色、寬度；點標簽的顏色、大?。稽c背景色的透明度等 Edge：對邊進行設置，包括：邊的類型、顏色、寬度；目標處箭頭類型等。 Network：對網(wǎng)絡整體屬性進行設置，包括：背景標題等 Select：面板用于篩選符合特定標準的邊4.屬性瀏覽版塊：查看node/edge/network屬性

cytoscape-實例

本文將具體操作怎樣用Cytoscape繪制網(wǎng)絡圖

Cytoscape所支持的數(shù)據(jù)格式：1.*.sif格式：nodeA<interaction>nodeB nodeC<interaction>nodeD …即文件分為三列，第一列和第三列是有相互作用關系的基因名或蛋白質(zhì)名等，第二列是相互作用的名稱*.sif格式簡單，容易處理，但它不能規(guī)定每個節(jié)點的位置、大小、形狀等。2. xgmml格式，它是一種xml格式，可以規(guī)定節(jié)點和邊的許多信息，但也更復雜。3.*.txt格式：用tab分割的純文本文件可以將文件設置成兩列，每一列都是基因名（或蛋白質(zhì)名），同一行的兩個基因（或者蛋白質(zhì)等）代表有互作關系；也可以加其他參數(shù)放在第三列，例如兩基因調(diào)控的強弱系數(shù)

二、應用實例

本文以txt格式的數(shù)據(jù)進行演示繪制網(wǎng)絡圖網(wǎng)絡文件：net.txt：共表達網(wǎng)絡；共四列，前兩列是gene id，第三列是共表達類別（正1/負-1），第四列是相關系數(shù)，以tab鍵分隔節(jié)點屬性文件： 步驟：導入網(wǎng)絡文件：file->import->network->file(net.txt)

其中不同標識代表著不同的含義

導入后

導入節(jié)點屬性文件：file->import->table->file(node.txt)(此處為table而非network)注：node.txt：節(jié)點屬性文件。四列，包含三種屬性；第一列為gene id，與網(wǎng)絡文件中一致，第二列為gene name（symbol），第三列為分子類型（蛋白編碼基因/lncRNA），第四列為節(jié)點在網(wǎng)絡中的度。

上方紅色方框中“Target Table Data”的信息表示將導入的節(jié)點屬性表與之前的網(wǎng)絡圖相關聯(lián)，其中“Network Collection”選擇的是我們之前導入的網(wǎng)絡文件，其他參數(shù)默認如下，可不用修改，如為其他選項，則需要通絡下拉列表重新選擇。下方紅色方框中“Preview”中：gene，name，molecular type，degree第一列gene，設置為“Key”，保證gene id不重復，第二三四列均為屬性“Attribute”，如需修改，同樣點擊名稱右側(cè)的三角形標志。點擊確定后，乍看感覺圖形沒有變化，但此時下方的Table Panel中已自動多出了molecular type，degree兩列

可以通過style中進行簡單網(wǎng)絡圖格式設置

得到網(wǎng)絡圖：

也可以自行拖拽進行微調(diào)導出文件：數(shù)據(jù)的導出可以是網(wǎng)絡文件，表格文件或者是圖片文件，圖片文件包括多種圖片格式以及pdf格式，在工具欄中對應選擇即可點擊菜單欄的圖片導出*.pdf（同樣可以采用export導出其它格式）

注：注意調(diào)整網(wǎng)絡圖后再保存，否則會出現(xiàn)網(wǎng)絡圖不完整

三、網(wǎng)絡美化

應用上篇所得到的網(wǎng)絡圖進行美化

1.統(tǒng)一模板美化：

采用模板進行簡單美化

得到網(wǎng)絡圖

2.根據(jù)數(shù)據(jù)含義進行美化

根據(jù)的molecluar type標注節(jié)點所代表lncRNA或者protein點擊網(wǎng)絡處理面板中style->node->shape進行設置點的形狀，并勾選“Lock node width and height”。

點擊網(wǎng)絡處理面板中style->node->fill color進行設置點的顏色Column選擇“molecluar type”和MApping Type選擇“Discrete MApping”，并將lncRNA與protein設置成兩種顏色區(qū)分

根據(jù)節(jié)點的大小來顯示dregee大小，dregee值越大節(jié)點直徑越大。

同樣可以對點進行類似的細化設置(根據(jù)下列參數(shù)進行設置)

根據(jù)correlation的值調(diào)整邊的顏色：點擊網(wǎng)絡處理面板中style->edge->stroke color進行設置Column設置為correlation，mApping type設置為continues mApping，current mApping(默認為白-黑)

注：可以雙擊灰色圖標進行設置其它顏色，點擊set min and max 設置數(shù)值，雙擊圖形右上角的倒三角選擇最大值顯示的顏色；同樣雙擊左上角倒三角選擇最小值的顏色；如果需要增加圖注，可點擊“Add”按鈕

同樣也可以對邊進行細化設置最后再調(diào)整“Layout”得到滿意的圖

得到網(wǎng)絡圖：

最后點擊菜單欄的圖片導出*.pdf（同樣可以采用export導出其它格式）注：注意調(diào)整網(wǎng)絡圖后再保存，否則會出現(xiàn)網(wǎng)絡圖不完整

四、子網(wǎng)提取

導入文件：file->import->network->file(ppi.txt)(HPRD中處理后的文件)

注：注意第一行是否為標題行，若是記得在advanced中去掉√節(jié)點選擇：Select->node注:節(jié)點的選擇可以通過將目標節(jié)點放在一個文件中導入，如果節(jié)點數(shù)少的話可以手動點選

注：黃色點為所選的目標節(jié)點

若想把其與大網(wǎng)絡分離的話就點擊菜單的圖標欄里倒數(shù)第四個圖標，獲得子圖

同樣可對子網(wǎng)進行修飾如：改變節(jié)點顏色性質(zhì)并將蛋白質(zhì)換成對應的gene symbol(label中設置)

最后導出圖片用MCODE插件，篩選出子網(wǎng)注：Mcode下載地址：http://Apps.cytoscape.org/Apps/mcode導入文件：file->import->network->file(net.txt)用MCODE插件篩選子網(wǎng)，參數(shù)可根據(jù)數(shù)據(jù)自行設置

分析后得到5個子網(wǎng)

可以將它創(chuàng)建到主窗口進行style調(diào)整或者導出創(chuàng)建到主窗口后

對創(chuàng)建到主圖的子圖進行修飾

保存子網(wǎng)即可MCODE詳細介紹可參考http://baderlab.org/Software/MCODE/UsersManual

四、String-蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫

STRING是蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫，可進行是搜索已知蛋白之間和預測蛋白質(zhì)之間相互作用主頁：

按照蛋白質(zhì)名稱，氨基酸序列等信息進行檢索某個特定的蛋白質(zhì)相互作用的其他蛋白質(zhì)例如：TP53 人類，選擇人類

繼續(xù)點continue，得到檢索結果

圓圈代表蛋白質(zhì)，點擊圓圈可以查看蛋白質(zhì)相關信息

直線代表蛋白質(zhì)之間相互作用，點擊可以查看互作信息

Setting中可以設置網(wǎng)絡邊代表的意義evidence：不同顏色的線表示不同證據(jù) confidence：兩個蛋白質(zhì)相互作用越強連線越粗 actions：不同顏色和形狀的線表示不同的作用

例如confidence

cluster聚類

得到結果

還可以對網(wǎng)絡進行分析、視圖放大縮小或保存輸入某些蛋白質(zhì)名稱或氨基酸序列，檢索其相互作用關系

例如：輸入TP53、BCL2、MDM2、CDK2,并選擇人類檢索結果

String與Cytoscape聯(lián)用

將String的蛋白互作數(shù)據(jù)下載到Cytoscape本地中Cytoscape中Apps->stringApp

安裝完畢后，回到文件>import>network>public databases選擇string數(shù)據(jù)庫，以基因或蛋白輸入

以TP53為例，選擇score為0.2，連接的基因最大為80個。

也可以在已構建好的網(wǎng)絡中可以擴展新的連接蛋白數(shù)或者重設confidence score來調(diào)整網(wǎng)絡大小。

例如重新調(diào)整confidence score

可以進一步保存修改調(diào)整網(wǎng)絡