iPath partout !

Depuis quelques mois j'utilise un outil nom­mé iPath2.0 qui peut être très utile pour cer­tains.

Présentation de l'outil

iPath2.0 est un outil en ligne, acces­sible à l'adresse http://​path​ways​.embl​.de/​i​P​a​t​h​2​.​cgi. Son prin­ci­pal inté­rêt est la visua­li­sa­tion et l'analyse de voies méta­bo­lique.

Il se com­pose de trois cartes. La pre­mière, celle que j'utilise le plus et qui sera détaillée ici, repré­sente les grandes voies méta­bo­liques connues et anno­tées, comme le méta­bo­lisme des lipides, le méta­bo­lisme des acides ami­nés, etc. Sur cette carte, les nœuds cor­res­pondent à des com­po­sés chi­miques et les arcs à des séries de réac­tions bio­chi­miques.

La seconde carte est axée sur une sélec­tion de voies de régu­la­tions et de modules fonc­tion­nels d'intérêt, comme "Répli­ca­tion et répa­ra­tion de l'ADN", "Mobi­li­té cel­lu­laire", 'Trans­port mem­bra­naire", etc. La der­nière carte est une repré­sen­ta­tion de la syn­thèse des méta­bo­lites secon­daires.

Toutes ces infor­ma­tions sont basées sur KEGG (Kyo­to Ency­clo­pe­dia of Genes and Genomes) et plus par­ti­cu­liè­re­ment sur les voies méta­bo­liques anno­tées dans KEGG. Ain­si, en cli­quant sur un arc, on accède direc­te­ment à de nom­breuses infor­ma­tions venant de KEGG : l'identifiant KEGG de la voie méta­bo­lique sélec­tion­née et son nom, les KOs (le sys­tème de "KEGG Ortho­lo­gy" consiste en une col­lec­tion de groupes ortho­logues manuel­le­ment défi­nie. Ces groupes sont hié­rar­chi­sé sui­vant les voies méta­bo­liques de KEGG.), modules et réac­tions enzy­ma­tiques KEGG qui y sont liés, les groupes ortho­logues d'eggNOG, etc.

En cli­quant sur un nœud, on accède à l'identifiant KEGG du com­po­sé chi­mique, son nom, sa masse, la repré­sen­ta­tion de sa struc­ture et plu­sieurs liens vers des bases de don­nées externes (Pub­Chem, ChE­BI…).

Toutes ces don­nées sont des liens redi­ri­geant vers la page concer­née, et donc bien que basé sur KEGG, iPath2.0 per­met un lien rapide entre plu­sieurs autres bases de don­nées.

Personnaliser la carte

Bon, tout cela est très bien, mais l'intérêt est de pou­voir y entrer ses don­nées. Voi­ci donc com­ment faire. IPath2.0 est équi­pé d'un petit pan­neau laté­ral “Cus­to­mize” et c'est ici que tout va se pas­ser. Dans ce menu, on peut ajou­ter une liste d'identifiants pro­ve­nant de vos don­nées anno­tées. iPath2.0 accepte plu­sieurs types d'identifiants : KEGG Path­ways, KEGG Com­pounds, KEGG KOs, STRING pro­teins, KEGG pro­teins ; COGs/​eggNOGG OGs, Enzyme EC num­bers, Uni­prot IDs/​ACCs, IPI IDs et NCBI GI IDs

Après avoir sai­si vos don­nées, iPath2.0 vous affiche les arcs et nœuds dans les­quels vos iden­ti­fiants sont impli­qués. Pour l'exemple, j'ai insé­ré les KO K00021 et K00042 (K02000 n'étant pas pré­sent).

On voit que K00042 est impli­qué dans la voie méta­bo­lique dite « Glyoxy­late and dicar­boxy­late meta­bo­lism », ou en bon fran­çais : « méta­bo­lisme de l'oxoa­cé­tate et du dicar­boxy­late ». Il est pos­sible dans le pan­neau laté­ral de confi­gu­rer de nom­breuses choses comme la cou­leur de fond, la cou­leur des arcs non sélec­tion­nés, etc. Mais sur­tout, il est très facile de colo­rer et régler la taille des arcs et nœuds où nos don­nées appa­raissent.

Formater ses données

Pour l'exemple, je vais ima­gi­ner deux expé­riences A et B. A est la condi­tion nor­male et B, la condi­tion tes­tée. Après les mani­pu­la­tions, on extrait les don­nées et on les annote. On obtient alors deux listes de gènes anno­tés. Chaque gène est asso­cié à une valeur d'expression. On ne garde que les gènes signi­fi­ca­ti­ve­ment dif­fé­ren­tiel­le­ment expri­més dans B par rap­port à A, c'est à dire les gènes dont l'expression varie for­te­ment entre les deux condi­tions.

Dans notre exemple, nous avons 20 gènes qui res­sortent dont 5 sous-expri­més dans B et 15 sur-expri­més dans B.

Iden­ti­fiant du gène	Valeur de l'expression
noc:Noc_2806	-5
ddi:DDB_G0269772	10
yli:YALI0F02695g	-12
ath:AT2G4375	25
ath:AT2G43080	8
tne:Tneu_0239	4
ncr:NCU00578	-22
ath:AT4G19710	-10
ath:AT5G13280	20
yen:YE3075	11
syn:slr1369	4
mar:MAE_31900	14
syc:syc0836_d	8
ath:AT1G63770	7
sfx:S3110	-24
ath:AT1G23190	12
osa:4334554	6
syf:Synpcc7942_1983	17
osa:4327178	3
npu:Npun_R4096	8

Il y a trois carac­té­ris­tiques sur les­quelles on peut jouer dans iPath2.0 : la cou­leur des arcs, leur taille et leur opa­ci­té. Il peut être inté­res­sant de régler la taille sur la valeur d'expression. Pour régler la taille, il suf­fit d'ajouter un nombre pré­cé­dé d'un « W » après l'identifiant. On peut donc aisé­ment trans­for­mer notre liste en ajou­tant seule­ment un « W » devant nos valeurs d'expression. De même, la cou­leur ser­vi­ra a repré­sen­ter le sens de l'expression : tout ce qui est sur-expri­mé sera bleu et tout ce qui est sous-expri­mé, rouge. Il suf­fit d'ajouter une cou­leur HTML sur la ligne qu'on sou­haite colo­rer.

devient alors

Notez qu'il vous fau­dra enle­ver le sym­bole « - » des don­nées sous-expri­mées.

iPath ne peut pas affi­cher des infor­ma­tions qui lui semble contra­dic­toires. Par exemple, ath:AT4G19710 est sous-expri­mé et ath:AT5G13280 est sur-expri­mé mais tout les deux inter­viennent dans la même voie méta­bo­lique. iPath impri­me­ra sys­té­ma­ti­que­ment les carac­té­ris­tique du der­nier gène dans la liste. Dès lors il faut mieux clas­ser les gènes par valeur d'expression crois­sante : il serait dom­mage de ne pas voir un gène expri­mé à 25 car juste après un gène expri­mé à 1 inter­vient dans la même voie méta­bo­lique. Et fina­le­ment, pour évi­ter de nom­breux sou­cis, il est sage de sépa­rer les gènes sous-expri­més des sur-expri­més.

Notre liste devient alors :

Sur-expri­més :

On passe ces deux listes dans iPath2.0 et l'on exporte les résul­tats en SVG (onglet “Export” en haut à droite). Nous avons alors deux images qui nous montre les voies méta­bo­liques sur-expri­mées et sous-expri­mées dans notre expé­rience B par rap­port à A. Évi­de­ment, le SVG n'est qu'une image et ne contient pas toutes les infor­ma­tions qu'on a dans iPath2.0 en cli­quant sur les arcs.

Une der­nière astuce pour les plus moti­vés et les connais­seurs d'Inkscape : fusion­ner les deux images de manière intel­li­gente.

“Inkscaper” les résultats

Inks­cape est un logi­ciel d'image vec­to­riel et est donc par­fait pour modi­fier les SVG. Comme expli­qué pré­cé­dem­ment, il est pos­sible qu'un arc soit à la fois colo­ré en bleu et en rouge : deux gènes dif­fé­rents sont expri­mé de manière oppo­sée mais inter­viennent dans la même voie méta­bo­lique.

Super­po­ser les deux images n'est donc pas suf­fi­sant pour voir ce genre de sub­ti­li­té. Il va fal­loir se débrouiller pour les plus “petits” objets appa­raissent au des­sus des plus gros.

On ouvre dans Inks­cape une des deux images. On la sélec­tionne puis on la dégroupe une fois (Ctrl+G). On sup­prime alors 5 choses : le fond blanc, les légends en noirs, les nœuds, les légendes en blancs dans les bulles de cou­leurs et les bulles de cou­leurs. Il ne reste alors que les arcs.

On fait exac­te­ment la même chose sur la seconde image, sans sau­ve­gar­der. On copie les arcs d'une image sur la seconde, on aligne le tout (Ctrl+Shift+A).

On sélec­tionne tout et on dégroupe. Chaque arc est alors indé­pen­dant des autres. Il faut alors cli­quer en dehors de notre image, puis tout sélec­tion­ner à nou­veau (cela semble inutile mais sans cela un bug appa­raît). Une fois qu'on a tout sélec­tion­ner, il suf­fit d'aller dans le menu « Exten­sions », « Orga­ni­ser », « Réem­pi­ler » et choi­sir « De haut en bas (270) ».

Une fois le pro­ces­sus ter­mi­ner, nos arcs seront clas­sé avec les plus gros au fond et les plus fin au des­sus, ren­dant visible l'ensemble des infor­ma­tions.

(On voit que l'arc bleu vers le milieu est aus­si rouge et plus fin après le trai­te­ment)

Alors, on peut rou­vrir une des images, la dégrou­per et ali­gner notre nou­velle image d'arcs à l'ancienne. Puis en sup­pri­mant l'ancienne, on retrouve les légendes et les nœuds.

Pour aller plus loin :
L'aide d'iPath2.0 est très bien réa­li­sée (http://​path​ways​.embl​.de/​h​e​l​p​.​h​tml) et la publi­ca­tion offi­cielle est assez simple à lire.

Taku­ji Yama­da, Ivi­ca Letu­nic, Shu­ji­ro Oku­da, Mino­ru Kane­hi­sa and Peer Bork (2011). iPath2.0 : inter­ac­tive path­way explo­rer. NAR, 39.

Mer­ci à Aki­ra et Nal­lias pour les relec­tures et conseils.