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生物信息學(xué)入門富集分析與蛋白質(zhì)互作用網(wǎng)絡(luò)（PPI）的可視化 Cystocape入門指南

2019.04.28

網(wǎng)絡(luò)圖是生物信息學(xué)中常用的顯示不同節(jié)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)方向與關(guān)聯(lián)程度的可視化方法。在富集分析中，網(wǎng)絡(luò)圖常被用于表示功能與估計(jì)到該功能的基因的聯(lián)系。在蛋白質(zhì)互作用網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)圖常用于表示編碼基因之間的互作用類型與作用強(qiáng)度，基于這些信息，還可以通過某一節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的連接數(shù)量來判斷該節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的貢獻(xiàn)度（degree）。繪制網(wǎng)絡(luò)圖常使用cystoscape軟件，通過輸入符合規(guī)范的數(shù)據(jù)，調(diào)整合適的參數(shù)，就可以得到一張包含多樣化信息的網(wǎng)絡(luò)。本文將從結(jié)果解讀開始，先介紹網(wǎng)絡(luò)圖中常可以展示的信息類型，再介紹如何準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和調(diào)整參數(shù)。

1. 結(jié)果解讀

這張圖中包含的信息有：

1. 12個(gè)節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2. 不同節(jié)點(diǎn)有不同的顏色，代表所屬組別，是定性屬性

3. 不同的節(jié)點(diǎn)有不同的大小，代表某種定量屬性

4. 不同連接線有不同的顏色，代表對(duì)應(yīng)的互作用關(guān)系的作用類型，是定性屬性

5. 不同連接線有不同的寬度，代表對(duì)應(yīng)的互作用關(guān)系的作用強(qiáng)度，是定量屬性

2. 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1 必需元素

如前所述，網(wǎng)絡(luò)圖是表示節(jié)點(diǎn)及其連接關(guān)系的圖，因此，節(jié)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)關(guān)系是網(wǎng)絡(luò)圖的必需元素，也就是表格中的A列和B列?？梢钥吹?，有節(jié)點(diǎn)A1-A11均與節(jié)點(diǎn)B存在關(guān)聯(lián)，反過來，節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)A1-A11存在一對(duì)多的關(guān)系。

2.2 節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系

既然節(jié)點(diǎn)之間存在連接關(guān)系，那么如何定義這種關(guān)系呢？在這里，我們使用了兩個(gè)信息來描述，即C列的作用強(qiáng)度和D列的作用方向。作用強(qiáng)度通?？梢杂蓴?shù)據(jù)庫給出，作用方向是使用-1表示負(fù)相關(guān)，1表示正相關(guān)。這樣，我們就不僅知道兩個(gè)節(jié)點(diǎn)有關(guān)聯(lián)，還可以定量和定性的描述這種關(guān)聯(lián)。

2.3 節(jié)點(diǎn)屬性

在實(shí)際應(yīng)用中，不同的節(jié)點(diǎn)具有不同的屬性。比如用于描述miRNA-mRNA調(diào)節(jié)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)將會(huì)屬于miRNA或者mRNA，那么我們就可以再添加一列信息用于描述這種屬性。在本文中，我們假設(shè)A1-A11和B表示各不相同的12個(gè)基因，它們對(duì)于某一特定疾病具有不同的影響，如果增加患病風(fēng)險(xiǎn)，我們使用一個(gè)正值表示，數(shù)值越大，則表示增加的風(fēng)險(xiǎn)越多（risk factor），反之亦然。在表中，E列和G列分別定量地表示Gene1(A1-A11)與Gene2（B）對(duì)疾病的影響強(qiáng)度和方向。F和H則定性的表示這種方向。

3. 參數(shù)調(diào)整

3.1 輸入準(zhǔn)備好的表格

給不同的列定義作用類別

Gene1列定義為source node，表示作為一個(gè)出發(fā)點(diǎn)

Gene2列定義為target node，表示作為一個(gè)目標(biāo)終點(diǎn)

cystoscape中的連接使用edge描述，因此edge attribute表示連接屬性。說明這一列的數(shù)據(jù)都是用來描述前面兩個(gè)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的連接屬性的，即包含了連接屬性的定量或定性信息。

source node attribute表示出發(fā)點(diǎn)屬性。說明這一列的數(shù)據(jù)都是用來描述source node列的節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)屬性，即包含了節(jié)點(diǎn)本身性質(zhì)的一些信息，比如對(duì)疾病影響強(qiáng)度與方向。

target node attribute表示目標(biāo)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)屬性。說明這一列的數(shù)據(jù)都是用來描述target node列的節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)屬性，即包含了節(jié)點(diǎn)本身性質(zhì)的一些信息，比如對(duì)疾病影響強(qiáng)度與方向。

之后就得到了最原始的一張網(wǎng)絡(luò)圖

3.2 在網(wǎng)絡(luò)圖中添加輸入的參數(shù)信息

可以非常明顯的看到這種圖除了比較丑之外，還丟失了很多信息。事實(shí)上，它支包含了節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)信息，而節(jié)點(diǎn)屬性和連接屬性均沒有體現(xiàn)在圖上。下面來演示一下如何添加對(duì)應(yīng)的信息。

在左側(cè)style列選擇一個(gè)預(yù)設(shè)的風(fēng)格

在左下角選擇node，上方的界面就會(huì)顯示node節(jié)點(diǎn)的參數(shù)列表

下面調(diào)整節(jié)點(diǎn)的顏色，將對(duì)疾病有正向影響的節(jié)點(diǎn)表示為紅色，負(fù)影響的節(jié)點(diǎn)表示為藍(lán)色，B節(jié)點(diǎn)表示為綠色

完成之后

在左下角選擇edge 如圖所示，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)參數(shù)欄右下角的垃圾桶標(biāo)記將連接線上的文字去掉

在最下面的width欄調(diào)節(jié)線的寬度，在這里我們用寬度表示互作用強(qiáng)度，設(shè)置如下

但是連接線太寬了，可以通過雙擊左下角的圖表設(shè)置

這樣線條的寬度就比較合適了

下面我們來調(diào)節(jié)線條的顏色，用橙色表示正相關(guān)，紫色表示負(fù)相關(guān)。這里我們用到了定性的參數(shù)，分貝對(duì)1和-1的連接線定義顏色，就可以快速的進(jìn)行調(diào)整。