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9--KEGG Pathway数据库在网络药理学研究中的应用

KEGG(Kyoto Encyclopediaof Genes and Genomes,京都基因与基因组百科全书)数据库,是一个整合了基因、基因组、以及更高层次的功能信息的数据库,以实现对基因功能的系统化分析。KEGG数据库的网址是:https://www.kegg.jp/

本期介绍KEGG数据库的核心模块KEGG Pathway在网络药理学研究中的应用。其网址是:

https://www.kegg.jp/kegg/pathway.html

一、数据库的主要内容

在KEGG Pathway的主页上,按以下7大类列出了该数据库包含的所有通路:

1. Metabolism

2. Genetic Information Processing

3. Environmental Information Processing

4. Cellular Processes

5. Organismal Systems

6. Human Diseases

7. Drug Development

其中第1大类是代谢通路,由代谢物、催化代谢物之间转换的酶、以及它们之间的相互关系构成;第2~5类是信号通路,主要由参与同一个生物学过程的基因、蛋白以及它们之间的关系构成;第6大类是人类疾病通路,包含了参与各个疾病的发生、发展的基因、蛋白以及它们之间的相互作用;第7大类是药物模块,包含了日本临床药物和FDA批准的药物的信息,药物按类别组织在各个模块中。

二、通路搜索及通路信息

KEGG的通路都分类罗列在Pathway数据库的首页,可以直接点击通路名称进入通路页面,也可以直接输入通路名称搜索。以三羧酸循环为例,搜索方法见下图:

在搜索框输入通路名称,点击“Go”,就出现所搜索的通路以及与它相关的通路,见下图:

点击通路的略图,就进入该通路的页面,见下图:

上面的通路叫参考通路(reference pathway),里面包含了所有物种的信息。图中小圆圈代表代谢物,方框代表酶,圆角方框代表与该通路相关的其它通路,实线代表直接作用,虚线代表间接作用。

在上图点击“reference pathway”框的三角,可以选择物种,得到物种特异的通路。如下图就是人的三羧酸循环通路。

上图中绿色的框代表该物种里有的酶,白色的框则是该物种里没有的酶。

点击通路图上方的“pathway entry”,进入该通路的详细信息页面,见下图:

此页面中,“description”栏目介绍了该通路的生物学意义,“disease”栏目列出该通路相关的疾病,“drug”列出作用于该通路的药物,“compound”和"gene"栏目分别列出该通路上的化合物和(编码酶的)基因。

三、通路映射

通过KEGG pathway的“Mapper”功能,将研究的基因和代谢物(如预测的药靶,组学实验获得的差异基因、蛋白、代谢物)映射到通路上,可以了解这些分子所参与的通路。另外,用通路富集工具如DAVID, Metascape等所找出的富集的KEGG通路,也可以用KEGG的这个功能显示出作用于通路上的小分子。

进行通路映射,首先要准备一个分子列表,其中一列是基因和/或代谢物的ID,另一列是自己定义的颜色。

通路映射的步骤如下:

1. 在KEGG pathway主页点击“KEGG Mapper”

1. 点击“Search&Color Pathway”

1. 输入查询的物种、分子等信息,执行查询:

这里也可以只输入基因,或只输入代谢物,也可以不输入第2列的颜色,此时默认所有输入的分子在通路中以粉红色显示。

1. 得到通路映射结果见下图。括号中是作用于相应通路的输入分子个数

1. 在结果页面点击相应通路的ID,就转向该通路的页面,通路中对应输入分子的位置则被作以定义的颜色。在通路图上点击鼠标右键,就可以下载通路图。见下图:

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