STRING數據庫(https://cn.string-db.org/)是一款用于分析蛋白與蛋白相互作用(Protein-Protein Interaction,PPI)的常用公共數據庫,是一個綜合性的在線分析平臺。該數據庫不僅整合了部分實驗驗證的結果,亦包含部分經計算預測所得結果,在研究蛋白質功能,不同蛋白之間的相互作用及聯系等方面具有重要價值。
Cytoscape是一款常用的可視化分析軟件(下載網址:https://cytoscape.org/),可輕而易舉地依據實驗數據生成可視化網絡,方便快捷。
兩者聯合應用可迅速獲取PPI網絡圖并實現圖片美化操作。本文將以人類“TP53”蛋白為例,簡單介紹STRING數據庫與Cytoscape軟件的聯合應用。
一、STRING數據庫分析流程
1.進入STRING數據庫官網后,點擊“SEARCH”,即可進入如下界面,左側列為我們提供了一些常用的分析選項,通常以前三種最為常用,即可依次通過單個蛋白、多個蛋白或蛋白序列進行檢索(注意:多蛋白或蛋白序列檢索可支持文件上傳,方便快捷);
2.選擇“Protein by name”即可對單個蛋白進行分析,此處我們選擇蛋白名為“TP53”,物種選擇為“Homo sapiens(人)”(注意:此處物種名均為拉丁名),點擊“SEARCH”即可;
3.檢索結果顯示,一共檢索到45個結果,選擇特定的一個結果進行分析即可,點擊“CONTINUE”;
4.即初步得到“TP53”蛋白的PPI網絡圖(圖4.左),節點的位置可以隨意拖動進行調整,以使其更加美觀(圖4.右),點擊任一節點,可顯示該節點處蛋白的基本信息(圖.4),完成第4步即已完成對“TP53”蛋白的初步分析,所得PPI網絡圖亦可直接導出使用;
圖4.左 |
圖4.右 |
圖.4 |
5.得到互作網絡圖后,我們會在圖下方看到一系列的標簽,點擊“Legend”,則可以看到關于該網絡圖的基本信息(圖.5-1),了解這些基本信息后,我們即可讀懂PPI網絡圖所傳遞的信息。一般情況下,為了更加全面地了解該蛋白,往往會進行部分參數調整,以探索更多與其相關的蛋白。
點擊“Settings”即可進行參數設置及調整,包括基礎設置及高級設置(圖.5-2),通常絕大部分選項采用默認即可,常需要改動如下內容對PPI網絡進行篩選,即“minimum required interaction score”——數值越大,節點(蛋白)越少;“max number of interactors to show”——數量越大,節點(蛋白)越多;“network display mode”——去除離散點,一般選第二個。點擊“UPDATE”即可完成設置。(注意:為方便后續Cytoscape軟件的介紹,此處將“max number of interactors to show”設置為“no more than 50 interactors”以得到更多蛋白(圖.5-3),大家在實際操作中按照自己的需求進行設置即可);
(圖.5-1)
(圖.5-2)
(圖.5-3)
6.結果輸出及保存:點擊“Exports”,按照所需格式進行保存即可(圖.6-1)。若需用Cytoscape軟件進一步美化,則可提前打開Cytoscape軟件,點擊“Send network to Cytoscape”即可直接將網絡圖導入Cytoscape軟件(注意:有時會出現卡頓導致數據導出失?。?,因此更推薦大家下載保存為TSV格式,再用Cytoscape軟件打開(注意:此種方法有時亦會出現報錯的可能,可選擇直接將文件拖拽至Cytoscape軟件,即可成功打開)。
(圖.6-1)
7.關于“Analysis”和“Clusters”版塊的內容在此不做過多介紹,感興趣的同學可自行了解,主要包含對PPI網絡圖的總結分析,如GO富集分析、KEGG信號通路分析等(圖.7-1),以及是否對節點進行聚類分析等內容(圖7-2)。
(圖.7-1)
(圖.7-2)
三、?Cytoscape軟件圖片美化
采用Cytoscape軟件對經STRING數據庫分析所得PPI網絡圖進行美化大致可分為兩種情況:其一則是直接通過調整圖片顏色、線條、整體布局(注意:整體布局調整亦可手動調節或直接自動調節,較為靈活)等的調整以達到美化的效果;其二則是進階版,依據“Degree”值進行分類設置,以使圖片更加精致美觀的同時層次更加分明,下面我將以第二種方法進行介紹,相信大家在掌握第二種美化方法后對第一種基礎操作亦能游刃有余。
1.將STRING數據庫分析所得PPI網絡圖導入Cytoscape軟件(注意:在網絡圖所在區域滑動鼠標滑輪可對圖片進行縮放操作,選中單個或整體目標的操作同常規操作,在預覽框中移動鼠標亦可整體移動圖片所在位置);
2.點擊“Style”可對節點的連接樣式進行選擇,以美觀為目的根據自己的主觀喜好進行選擇即可(圖2-1),亦可點擊選項,重新創建一個新的格式(圖2-2),為盡可能多地展示一些基礎設置,此處選擇最基礎的新建格式進行演示,新建后的效果如(圖.2-3)所示,可見網絡圖還原為最基本的結構;
圖2-1
圖2-2
圖2-3
3.點擊“Label”→“Column”選擇“Shared name”→“Mapping Type”選擇“Passthrough Mapping”,即可顯示出節點標簽;
4.根據“Degree”值進行分類:點擊“Tools”→“Analyze Network”→“OK”,即可在右下角顯示出Degree值,鼠標左鍵點擊“Degree”標簽,即可將所有數據按照大小順序排列;
緊接著,節點的顏色、大小、形狀均可按照Degree值進行分類調節,具體操作如下:
a.顏色調節:點擊“Fill Color”→“Column”選擇“Degree”→“Mapping Type”選擇“Continuous Mapping”效果如(圖.4-3)→點擊色卡,選擇自己喜歡的顏色進行設置即可,見(圖.4-4),設置后的效果如(圖4-5);
圖.4-3
圖.4-4
圖.4-5
b.節點的形狀、大小設置:形狀的設置點擊“Shape”進行設置即可,如(圖.4-6);大小設置:點擊“Size”→“Column”選擇“Degree”→“Mapping Type”選擇“Continuous Mapping”(圖.4-7)→雙擊打開,對當前形狀的最大值及最小值進行設置,調整至事宜大小即可(圖.4-8),設置完成后的效果如(圖.4-9)所示,可以看到節點圓圈大小已按照Degree值的不同而顯示不同大?。ㄗ⒁猓捍颂幰廊灰詧A形進行演示,故而形狀不再單獨設置,僅對大小進行設置);
圖.4-6
圖.4-7
圖.4-8
圖.4-9
c.分組:即將所有數據按照Degree值排布為幾個層次(注意:如何分組以及分組多少均以美觀為主,無特別規定,但建議大家將數值相近的分為一組,這樣后續進行樣式調整時也不會太突兀)。具體操作如下:選中待調整的數據,右鍵選擇“Select nodes from selected rows”(圖.4-10)→點擊“Layout”→“Attribute Cirde Layout”→“Selected nodes only”→“Selected”(圖.4-11)→拖動鼠標將該節點拖動至合適位置(圖.4-12);多個節點同時選中時,操作同上,效果如(圖.4-13所示),依次對所有數據進行調整即可;點擊“Layout”→“Layout Tools”→點擊“+”→“Degree Filter”,進而可以對不同層次圓圈間的間距大小等進一步進行調節美化(圖.4-14),最終效果圖見(圖.4-15);
圖.4-10
圖.4-11
圖.4-12
圖.4-13
圖.4-14
圖.4-15
d.通過上述調整,我們發現整體布局已有很大程度的改善,但仍存在線條過于密集、圖片整體過于凌亂、標簽字跡不清,亦無法一眼找到我們輸入的目的蛋白,此時就需要進一步進行美化以使圖片更為美觀。具體操作非常簡單,僅需點擊“Style”依次對標簽、線條、字號等內容進行相應調節即可(圖.4-16);
圖.4-16
e.圖片的保存:“File”“Export”“Network to Image”選擇圖片格式(一般為PNG格式)及存儲位置進行保存即可(注意:期刊要求通常為Tiff格式,但Cytoscape軟件無法保存為該格式,故可將其先保存為PNG格式后再導入AI等軟件再保存為Tiff格式)。
四、?注意事項
1.對圖片的調整應以美觀、簡潔、層次分明、布局清楚、主體突出等為原則,故而一定要多加嘗試,投稿時美觀的圖片會給審稿人留下好的印象分哦;
2.運用Cytoscape軟件時需靈活操作,并無特定模式,一切均以美觀為第一要義,根據自身喜好進行調整即可,如圖片可手動調節亦可自動調節;標簽的形狀各異、大小不同、色彩多樣;“Layout”中亦可自動選擇多種整體布局等等;
3.STRING數據庫及Cytoscape軟件常有更新,因此具體的操作與上述介紹并不完全一致,但不管版本如何更新,基本操作都是大差不差的,多加嘗試即可。