Débuter avec Cytoscape 3.4.0

Bonjour, nous sommes deux étudiants en dernière année d’école d’ingénieur. Dans ce billet nous allons présenter le logiciel d’analyse de réseau gratuit Cytoscape, ses fonctionnalités et comment le prendre rapidement en main.

Qu’est ce que c’est:
Cytoscape est un logiciel open source qui permet l’analyse de réseaux complexes et leurs visualisations. Il est basé sur une API (interface de programmation) en Java.

Pour quels systèmes d’exploitation ?
Pour les plateformes Linux, Windows et Mac OS X.

Ressources machine requises:
Le tableau suivant présente les caractéristiques nécessaires à votre ordinateur pour correctement fonctionner pour différentes tâches. Il s’agit de spécifications fournies par les développeurs du logiciel.

Visualisation de réseaux simples Analyse et visualisation de réseaux complexes
Processeur Min. 1GHz Autant que possible
Mémoire Vive Min. 512 MB Min. 2 GB

Ce sont des spécifications recommandées, si votre ordinateur ne les respecte pas vous pourrez tout de même utiliser Cytoscape mais il pourra alors fonctionner très lentement voir rencontrer des dysfonctionnements. Rassurez-vous, la plupart des machines récentes sont plus performantes que ces recommandations !

Comment commencer ?

1) Installer la version 8 de Java ou une version postérieure.
2) Télécharger la version 3 de Cytoscape ici.
3) Installer l’application en exécutant le fichier obtenu en 2) puis suivre les instructions fournies par l’installateur du logiciel.
4) Lancer l’application, la fenêtre suivante s’ouvre alors.

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A partir de cette fenêtre on peut créer un nouveau réseau (With Empty Network), en charger un directement à partir d’un répertoire de son ordinateur (From Network File …) ou de données publiques disponibles dans le logiciel (From Network Database). Enfin il est possible d’importer des réseaux des interactomes (interactions moléculaires) des différentes espèces vivantes.

Importer des données et formats supportés:
Pour importer des réseaux: File -> Import -> Network -> File…
Fichiers aux formats SIF, GML, XGMML, SBML, PSI-MI et BioPAX

Pour importer des tables: File -> Import -> Table -> File…
Fichiers aux formats XLS et TXT (CSV, JSON, …)

En téléchargeant des extensions (Apps) il est possible de lire davantage de formats de données.

Les différentes fenêtres:
Les différentes fenêtres du logiciel peuvent être masquée/affichée grâce au menu View. Une fois toutes affichées le logiciel ressemble à l’image suivante:

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  • La fenêtre A (Control Panel) permet de visualiser l’ensemble des réseaux importés dans le logiciel. Ici, il y en a qu’un seul. La fenêtre permet de choisir le style de représentation du réseau avec l’onglet Syle. L’onglet Select permet de sélectionner automatiquement des nœuds ou des arrêtes à l’aide de filtres définis par l’utilisateur. Par exemple, sélectionner seulement les nœuds dont le degré total  est compris entre 2 et 6.
  • La fenêtre B présente le graphe du réseau sélectionné. Il est possible de sélectionner et manipuler les nœuds et les liens en cliquant simplement dessus. Ici le nœud 3 est sélectionné, il apparait en surbrillance.  La représentation du graphe peut être modifiée en déplaçant les nœuds à l’aide de la souris ou à l’aide du menu Layout qui permet de les réorganiser tous ensembles. La sélection de nœuds et d’arrêtes permet aussi de créer un nouveau réseau à partir de ces éléments à l’aide de File -> New -> Network -> From selected nodes, selected edges.
  • La fenêtre C présente le réseau sous forme de tables Node (nœud), Edge (lien) et Network (réseau). Chacune de ces tables fournit des informations sur l’ensemble des éléments du réseau. En particulier la table Node liste un ensemble d’indicateurs individuels pour chaque nœud comme le degré, par exemple. Si vous ne trouvez pas l’indicateur qui vous intéresse, vous pouvez le créer en cliquant sur le + et en le définissant. Vous aurez alors une nouvelle colonne dans la table.
  • La fenêtre D (Results Panel) est la fenêtre qui permet de visualiser l’ensemble des résultats des analyses que l’on peut effectuer à partir du menu Tools. C’est probablement la fenêtre la plus susceptible de vous intéresser. Dans notre exemple, la fenêtre présente les résultats  de l’analyse du réseau effectuée, par défaut, par Cytoscape (Tools -> NetworkAnalyzer -> Network Analysis -> Analyse Network… ). Dans les différents onglets, nous retrouvons les principaux indicateurs globaux d’une analyse de réseau classique tels que le nombre de nœuds, diamètre du réseau ou des indicateurs de la centralité. Le bouton Visualize Parameter permet de représenter ces indicateurs sur le graphe à l’aide de couleurs.
  • La fenêtre E (Tool Panel) permet de modifier le graphe. On peut par exemple le faire pivoter avec l’onglet Rotate.

Les menus:

  • Les menus File, Edit et Help sont simples et très similaires à ceux de n’importe quel logiciel. C’est à travers le menu File que l’on importe des données.
  • Le menu View permet de masquer/afficher les différentes fenêtres présentées dans la section précédente.
  • Select, comme son nom l’indique, permet de sélectionner des éléments du réseau (nœuds ou liens).
  • Layout est le menu qui permet d’organiser la visualisation du réseau dont le graphe est représenté. Différents algorithmes permettent des visualisations variées. Ci-dessous est représenté le même réseau à l’aide des algorithmes Organic et Circular (Layout -> yFiles Layouts -> Circular). 

03

  •  Apps permet la gestion des applications/plugins que l’on peut installer avec le logiciel. Nous invitons le lecteur à se renseigner directement auprès de leurs auteurs respectifs pour plus d’informations sur les applications disponibles.
  • Tools permet d’accéder aux différents outils du logiciel. Nous avons précédemment présenté brièvement le NetworkAnalyzer qui est l’outil principal, il existe un outil de fusion de réseau ainsi qu’un accès à l’outil de commandes (pour les utilisateurs les plus expérimentés).

Avantages:

  • Cytoscape est en Open source, il est donc possible de créer ses propres programmes (“Apps”) à partir du logiciel, ainsi  que d’utiliser ceux d’autres auteurs. Des applications sont aussi disponibles gratuitement à l’adresse http://apps.cytoscape.org/
  • Le logiciel est gratuit.
  • Fonctionne déconnecté d’un réseau, il n’est pas nécessaire d’être connecté à internet pour utiliser Cytoscape.
  • Pas besoin de charger les données sur un serveur, l’utilisateur garde un total contrôle de ses données.
  • La souplesse à l’importation des données/réseaux est appréciable, Cytoscape prend en charge de nombreux formats et l’importation des données est très simple.
  • Cytoscape gère les réseaux avec des boucles.
  • Il est possible de travailler avec des multigraphes.
  • Les réseaux peuvent être valués à l’aide d’un poids associé aux arrêtes.
  • Les réseaux interactomes sont déjà intégrés au logiciel, ils permettent de se familiariser avec Cytoscape simplement.
  • La visualisation est très agréable.

Inconvénients:

  • Le temps de calcul peut être long pour les gros réseaux, ce n’est pas un problème spécifique à Cytoscape mais cela reste un frein à l’utilisation de vastes réseaux complexes.
  • Les réseaux bipartites ne sont pas pris en charge dans le logiciel de base. Néanmoins des Apps permettent d’ajouter cette fonctionnalité.
  • L’utilisateur ne peut pas choisir les indicateurs qu’il veut dans la fenêtre Results Panel, par conséquent Cytoscape effectue l’analyse de réseau avec l’ensemble des indicateurs, le temps de calcul peut donc être long.
  • Le logiciel et la documentation sont en anglais, néanmoins la simplicité du logiciel le rend accessible aux utilisateurs uniquement francophones.

 

Pour résumer: Comment effectuer l’analyse d’un réseau avec Cytoscape ?

  • Importer un réseau à l’aide de File -> Import -> Network -> File… ou des réseaux déjà existants dans le logiciel.
  • Le visualiser à l’aide du menu Layout.
  • L’analyser avec les indicateurs habituels avec Tools -> NetworkAnalyzer -> Network Analysis -> Analyse Network…

 

Nous remercions le lecteur pour son attention.

Alice T. et Mael B.


3 réflexions au sujet de « Débuter avec Cytoscape 3.4.0 »

  1. Bonjour,

    Je suis débutante avec cytoscape et j’aimerais créer un network à partir directement d’une liste de gène. (J’ai environ 700 genes et j’aimerais connaitre leur interaction. Je n’ai pas d’info au préalable sur les noeuds ou les liens).
    Comment puis-je faire en utilisant cytoscape? Peut-il à partir d’une liste de genes, retrouver dans la littérature les liens existant connus.

    Merci d’avance pour votre aide

    1. Bonjour,

      nous ne sommes pas des spécialistes des réseaux de gènes… mais je ne pense pas qu’une telle recherche soit possible via Cytoscape qui permet d’analyser des réseaux biologiques – il faut donc que le réseau existe.

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