Reactome: База данных биологических путей и взаимодействий.

Введение

Reactome – это бесплатная онлайн-база данных биологических путей. Она курируется вручную и создается биологами с ученой степенью PhD в сотрудничестве с редакционной группой Reactome. Содержание перекрестно связано со многими биоинформатическими базами данных. Целью Reactome является визуальное представление биологических путей в полной механистической детализации, одновременно предоставляя исходные данные в формате, доступном для вычислительной обработки. Reactome поддерживается международной мультидисциплинарной командой из OICR, OHSU, EMBL EBI и NYULMC, обладающей опытом в курации и аннотации путей, разработке программного обеспечения, обучении и распространении информации, и стремящейся предоставить исследовательскому сообществу открытый доступ к знаниям о биологических путях. Проект Reactome возглавляют Линкольн Стейн (OICR), Питер Д’Эустачио (NYULMC), Хеннинг Хермжакоб (EMBL EBI) и Гуанминг Ву (OHSU). Связаться со службой поддержки Reactome можно по электронной почте. Веб-сайт позволяет просматривать пути и отправлять данные в набор инструментов для анализа данных. Базовые данные полностью доступны для загрузки в ряде стандартных форматов, включая PDF, SBML, Neo4j GraphDB, MySQL, PSI MITAB и BioPAX. Диаграммы путей используют стиль, основанный на описании процесса (PD) и графической нотации системной биологии (SBGN). Основной единицей модели данных Reactome является реакция. Сущности (нуклеиновые кислоты, белки, комплексы и малые молекулы), участвующие в реакциях, формируют сеть биологических взаимодействий и группируются в пути. Примеры биологических путей в Reactome включают передачу сигналов, врожденный и приобретенный иммунитет, регуляцию транскрипции, запрограммированную клеточную гибель и классический промежуточный метаболизм. Пути, представленные в Reactome, специфичны для каждого вида, и каждый шаг пути подкреплен ссылками на литературу, содержащими экспериментальное подтверждение представленного процесса. Если экспериментальное подтверждение с использованием реагентов человека отсутствует, пути могут содержать шаги, выведенные вручную на основе экспериментальных данных, полученных на других организмах, но только если эксперт-биолог, указанный как автор пути, и второй биолог, указанный как рецензент, согласны с тем, что это обоснованный вывод. Человеческие пути используются для вычислительного создания производных путей в других организмах на основе ортологии.

Reactome is a free online database of biological pathways. It is manually curated and authored by PhD level biologists, in collaboration with Reactome editorial staff. The content is cross referenced to many bioinformatics databases. The rationale behind Reactome is to visually represent biological pathways in full mechanistic detail, while making the source data available in a computationally accessible format. Reactome is maintained by an international multidisciplinary team from OICR, OHSU, EMBL EBI and NYULMC, with expertise in pathway curation and annotation, software development, and training and outreach, dedicated to providing the research community with openly accessible biological pathway knowledge. The Reactome project is led by Lincoln Stein (OICR). Peter D'Eustachio (NYULMC), Henning Hermjakob (EMBL EBI), Guanming Wu (OHSU). The Reactome helpdesk can be reached via email. The website can be used to browse pathways and submit data to a suite of data analysis tools. The underlying data is fully downloadable in a number of standard formats including PDF, SBML, Neo4j GraphDB, MySQL, PSI MITAB, and BioPAX. Pathway diagrams use a Process Description (PD) Systems Biology Graphical Notation (SBGN) based style. The core unit of the Reactome data model is the reaction. Entities (nucleic acids, proteins, complexes and small molecules) participating in reactions form a network of biological interactions and are grouped into pathways. Examples of biological pathways in Reactome include signal transduction, innate and acquired immune function, transcriptional regulation, programmed cell death and classical intermediary metabolism. The pathways represented in Reactome are species specific, with each pathway step supported by literature citations that contain an experimental verification of the process represented. If no experimental verification using human reagents exists, pathways may contain steps manually inferred from non human experimental details, but only if an expert biologist, named as Author of the pathway, and a second biologist, names as Reviewer, agree that this is a valid inference to make. The human pathways are used to computationally generate by an orthology based process derived pathways in other organisms.

Организация базы данных

Выпуски базы данных Reactome происходят ежеквартально. В Reactome биологические процессы человека аннотируются путем их разложения на последовательности молекулярных событий. Подобно классическим химическим реакциям, каждое событие в Reactome имеет входные физические сущности (субстраты), которые взаимодействуют, возможно, при участии ферментов или других молекулярных катализаторов, для получения выходных физических сущностей (продуктов). Реакции включают классические химические превращения промежуточного метаболизма, события связывания, образование комплексов, транспортные события, направляющие молекулы между клеточными компартментами, и события, такие как активация белка путем расщепления одной или нескольких его пептидных связей. Отдельные события могут быть сгруппированы в пути. Физические сущности могут быть небольшими молекулами, такими как глюкоза или АТФ, или крупными молекулами, такими как ДНК, РНК и белки, кодируемые прямо или косвенно в геноме человека. Физические сущности имеют перекрестные ссылки на соответствующие внешние базы данных, такие как UniProt для белков и ChEBI для малых молекул. Локализация молекул в субклеточные компартменты является ключевой особенностью регуляции биологических процессов человека, поэтому молекулы в базе данных Reactome ассоциированы с конкретными локализациями. Таким образом, в Reactome различные экземпляры одной и той же химической сущности в разных локализациях (например, внеклеточная глюкоза и цитозольная глюкоза) рассматриваются как отдельные химические сущности. Контролируемые словари Gene Ontology используются для описания субклеточных локализаций молекул и реакций, молекулярных функций и более широких биологических процессов, частью которых является конкретная реакция.

Содержание базы данных

База данных содержит тщательно отобранные аннотации, охватывающие широкий спектр тем в молекулярной и клеточной биологии. Подробную информацию о темах аннотаций можно найти в оглавлении. Информацию о текущих и будущих проектах аннотирования можно найти в календаре проектов аннотирования. Reactome приглашает экспертов в области биологии в качестве рецензентов для завершенных путей, готовых к внешней экспертизе. Авторы и рецензенты будут указаны за их вклад. Каждый путь имеет DOI и может быть процитирован как публикация. Вклад в Reactome можно легко подтвердить с помощью функции подтверждения авторства ORCID.

Инструменты

На веб-сайте доступны инструменты для просмотра интерактивной схемы пути, выполнения картографирования пути и анализа обогащения путей, а также для наложения данных об экспрессии на пути Reactome. Инструменты картографирования пути и анализа обогащения используют один столбец идентификаторов белков/соединений, предпочтительно Uniprot и ChEBI, но интерфейс принимает и интерпретирует множество других идентификаторов или символов. Можно использовать смешанные идентификаторы. Результаты обогащения представлены в виде списка статистически значимо обогащенных путей. Данные об экспрессии подаются в многоколоночном формате, первый столбец идентифицирует белок, а в дополнительных столбцах ожидаются числовые значения экспрессии – любые числовые значения, например, данные о дифференциальной экспрессии, количественной протеомике или баллы GWAS. Данные об экспрессии отображаются в виде цветовой кодировки соответствующих белков на схемах пути, используя цвета видимого спектра, где «горячие» красные цвета соответствуют высоким значениям. Если подано несколько столбцов числовых данных, инструмент наложения может отображать их как отдельные «эксперименты», например, временные точки или динамику заболевания. База данных доступна для просмотра и поиска, как онлайн-учебник. Доступен онлайн-руководство пользователя. Пользователи также могут загрузить текущий набор данных или отдельные пути и реакции в различных форматах, включая PDF, BioPAX и SBML.

Reactome также располагает инструментом ReactomeGSA, интегрированным в инструменты анализа Reactome, который позволяет проводить сравнительный анализ путей для мультиомиксных наборов данных, включая совместимость с данными секвенирования РНК отдельных клеток. Публичные данные из EBI Expression Atlas, Single Cell Expression Atlas и NCBI GEO GREIN могут быть интегрированы в анализ. ReactomeGSA также доступен как пакет R Bioconductor. Кроме того, с 2023 года Reactome предоставляет веб-портал ReactomeIDG, предназначенный для размещения «темных» белков в контексте вручную курируемых, высоконадежных путей Reactome, что облегчает понимание их функций и прогнозирование терапевтического потенциала недостаточно изученных белков. Улучшенные функции визуализации, реализованные на портале, позволяют пользователям исследовать функциональный контекст «темных» белков на основе экспрессии генов или белков в конкретных тканях, взаимодействий с лекарственными препаратами или парных взаимосвязей между белками или генами в оригинальных схемах системной биологии Reactome (SBGN) или в новом упрощенном представлении путей в виде сети функциональных взаимодействий (FI). ReactomeFIViz – это приложение для Cytoscape, предназначенное для поиска путей и сетевых моделей, связанных с заболеваниями. Приложение получает доступ к путям Reactome, выполняет анализ обогащения путей для заданного набора генов, визуализирует обогащенные пути и исследует функциональные взаимосвязи между генами в этих путях. Приложение также имеет доступ к сети функциональных взаимодействий (FI) Reactome.