Gambaran Umum
Basis data jalur dan ontologi menyediakan representasi terstruktur dari pengetahuan biologis. Mereka mengubah sifat kompleks dan saling terhubung dari proses seluler menjadi format yang dapat dihitung yang dapat dicari, dianalisis, dan divisualisasikan. Ontologi Gen (GO) menyediakan kosakata terkontrol untuk menggambarkan produk gen di tiga domain: komponen seluler, fungsi molekuler, dan proses biologis. KEGG (Ensiklopedia Gen dan Genom Kyoto) memetakan gen ke jalur metabolisme dan sinyal. Reactome adalah basis data jalur sumber terbuka dan terkurasi yang mencakup reaksi dalam biologi manusia.
Konsep Kunci
Ontologi Gen terstruktur sebagai graf asiklik berarah di mana istilah terhubung oleh hubungan induk-anak (adalah-bagian dari, bagian-dari, mengatur). Anotasi mengaitkan produk gen dengan istilah GO, didukung oleh kode bukti. Peta Jalur KEGG adalah diagram yang digambar secara manual di mana simpul mewakili gen, protein, atau senyawa dan tepi mewakili interaksi atau reaksi. Ortologi KEGG (KO) mengelompokkan gen yang terkait secara fungsional antar spesies. Reactome merepresentasikan jalur sebagai kumpulan reaksi molekuler yang terurut, masing-masing dengan hubungan input-output yang terperinci, dan mencakup alat untuk analisis jalur data omik.
Aplikasi
Basis data ontologi dan jalur memungkinkan interpretasi tingkat tinggi dari data eksperimental. Analisis pengayaan istilah GO atau jalur KEGG mengidentifikasi proses biologis yang terlalu terwakili dalam daftar gen dari studi jalur metabolisme atau eksperimen ekspresi diferensial. Referensi silang klasifikasi dan tata nama enzim terintegrasi ke dalam KEGG untuk rekonstruksi metabolik. Jalur sinyal seluler dan transduksi sinyal di Reactome menyediakan konteks mekanistik untuk fosfoproteomik dan skrining perturbasi.
Protokol Praktis
Untuk memetakan daftar gen yang diekspresikan secara diferensial ke jalur menggunakan KEGG, navigasi ke kegg.jp dan klik “KEGG Mapper” > “Search & Color Pathway”. Tempel daftar gen Anda (menggunakan ID Entrez Gene atau akses UniProt) dan pilih organisme target (mis., “hsa” untuk manusia). KEGG mewarnai gen yang cocok pada setiap diagram jalur, segera mengungkapkan jalur mana yang diperkaya. Untuk analisis statistik yang lebih ketat, gunakan alat pengayaan KEGG berbasis web atau DAVID (david.ncifcrf.gov): unggah daftar gen Anda, pilih spesies, dan jalankan pengelompokan anotasi fungsional untuk mendapatkan nilai p pengayaan dan tingkat penemuan palsu. Untuk analisis pengayaan GO, gunakan Sumber Daya Ontologi Gen (geneontology.org): tempel daftar gen Anda, pilih filter kode bukti (mis., kecualikan “IEA” untuk kepercayaan yang lebih tinggi), dan lihat istilah yang diperkaya sebagai pohon hierarkis atau diagram batang. Sebagai contoh konkret, seorang peneliti yang melakukan RNA-seq pada jaringan hati dari model tikus dengan penyakit hati berlemak non-alkohol mengidentifikasi 500 gen yang diregulasi ke atas. Mengirimkan ini ke KEGG Mapper mengungkapkan keterwakilan berlebih dari “jalur sinyal PPAR” (p = 10-8), “Metabolisme asam lemak” (p = 10-6), dan “Fosforilasi oksidatif” (p = 10-4). Pengayaan GO mengkonfirmasi pengayaan “proses metabolisme lipid” (GO:0006629) dan “transport elektron mitokondria” (GO:0006120), memberikan pandangan tingkat sistem dari pemrograman ulang metabolisme yang mendasari fenotip penyakit. Analisis GO dan KEGG gabungan dengan demikian memberikan pandangan komplementer, GO mengungkapkan detail mekanistik (mis., transporter atau enzim spesifik), sementara KEGG menunjukkan bagaimana komponen-komponen ini berintegrasi ke dalam peta jalur yang lebih besar.
