Создание иерархической SBGN модели

На примере модели, включающей две подмодели разберем создание иерархической SBGN модели (Рисунок 1).

Простейшая модель

Рисунок 1. Иерархическая модель, включающая в себя две подмодели Hes7 oscillator и Hes7 oscillator_newcell

Подмодели Hes7 oscillator и Hes7 oscillator_newcell описывают транскрипцию, регулируемую транскрипционным фактором, последующую трансляцию, деградацию мРНК и белка. В подмодели Hes7 oscillator транскрипционный фактор (protein_exta), приходящий из подмодели клетки Hes7 oscillator_newcell, активирует транскрипцию мРНК (mRNA). Белок (protein), кодируемый мРНК (mRNA), переходит в клетку Hes7 oscillator_newcell, и в ней как транскрипционный фактор (protein_exta) негативно регулирует транскрипцию мРНК (mRNA_newcell).

Простейшая модель

Рисунок 2. Подмодель Hes7 oscillator

В подмодели Hes7 oscillator_newcell белок (protein_newcell), кодируемый (mRNA_newcell), переходит в клетку Hes7 oscillator, и в ней соответствует транскрипционному фактору (protein_exta), который, как было описано ранее, позитивным образом регулирует транскрипцию мРНК (mRNA)

Простейшая модель

Рисунок 3. Подмодель Hes7 oscillator_newcell

1. Для создания новой диаграммы подмодели, во вкладке Data области репозитория выберите проект и нажмите правой кнопкой мыши на нужную папку, в которой планируется создание диаграммы. В выпадающем списке нажмите на поле diagram New diagram. Далее в открывшемся окне выберите тип диаграммы «Модель SBML в нотации SBGN (SBML in SBGN notation)».

2. Добавьте на диаграммы компартмент, сущности и реакции. Подробное описание этих этапов описано в главе Создание SBGN модели.

3. Добавьте формулы. Формулы отображаются вo вкладке Info в области информационного окна путем нажатия на узел, соответствующий процессу.

4. Добавьте начальные значения для переменных и параметров. Численные значения можно взять из диаграмм в области поля операций в горизонтальной вкладке Model и в вертикальных вкладках Entities и Variables, соответственно

5. Добавьте порты в диаграммах подмоделей. Чтобы создать порт перейдите в документ подмодели и нажмите на иконку port. В открывшемся окне в поле option Access type выберите тип доступности порта, в поле option Port type - тип порта и в поле option Tittle - заголовок порта, который будет отображаться на диаграмме. Из выпадаюшего списка в поле option Variable name укажите для какого ранее созданного элемента диаграммы будет создан порт.

В зависимости от направления передачи сигнала выделяется три типа портов: вход, выход и контакт.

  • Вход (input) - значение переменной подается на вход модуля и не может быть изменено модулем;

  • Выход (output) - значение переменной полностью определяется (вычисляется) внутри модуля и подается на вход другим модулям;

  • Контакт (contact) - переменная, значение которой могут изменять оба модуля.

Существует три типа доступности портов, они могут быть приватными, публичными и вынесенными:

  • Приватный порт (private) используется для изменения поведения модулей.

  • Публичный порт (public) используется для представления модульной модели в виде модцля и включения ее в другую модельную модель.

  • Вынесенный порт (propagated)…

В подмодели Hes7 oscillator для переменной protein_extra создайте публичный входной порт c заголовком «protein_extra» и для переменной protein - выходной публичный порт с заголовком «p».

В подмодели Hes7 oscillator_newcell для переменной protein_extra создайте публичный входной порт c заголовком «protein_extra», и для переменной protein_newcell - выходной публичный порт с заголовком «p_1».

6. Для создания иерархической диаграммы, во вкладке Data области репозитория выберите проект и нажмите правой кнопкой мыши на нужную папку, в которой планируется создание диаграммы. В выпадающем списке нажмите на поле diagram New diagram. Далее в открывшемся окне выберите тип диаграммы «Иерархическая модель SBML в нотации SBGN (SBML comp in SBGN notation)».

7. Чтобы добавить подмодели на иерархическую диаграмму, нажмите на иконку diagram, расположенную на панели инструментов. В открывшемся окне перетащите диаграмму из области репозитория в поле option Diagram (Рисунок 4).

Добавление подмодели

Рисунок 4. Добавление подмодели

Таким образом добавьте подмодели Hes7 oscillator и Hes7 oscillator_newcell (Рисунок 5).

Добавленные подмодели Hes7 oscillator и Hes7 oscillator_newcell

Рисунок 5. Добавленные подмодели Hes7 oscillator и Hes7 oscillator_newcell

Внутри подмоделей будут отображаться порты, созданные в подмоделях. Их можно перемещать, нажимая левой кнопкой мыши, и перетаскивая в другое место внутри подмодели.

8. Для установления связи между входным и выходным портом в иерархической модели, нажмите на иконку directed_link, означающей направленную связь. После этого последовательно нажмите на входной и затем на выходной порт, расположенные внутри подмодулей.

Выходной порт «p» в подмодели Hes7 oscillator соединяется с входным портом «protein extra» в подмодели Hes7 oscillator_newcell. Выходной порт «p_1» в подмодели Hes7 oscillator_newcell соединяется с входным портом «protein extra» в подмодели Hes7 oscillator.

9. Создайте график, отражающий результаты численного расчета модели. Для того, чтобы добавить переменную (переменные), перейдите во вкладку Simulation и затем в Plot (Рисунок 6).

Создание графика

Рисунок 6. Создание графика

В опциях графика перейдите в folder [1] Plot и затем в folder Curves добавляются переменные. В option Path укажите подмодель, а в Value выберите нужную переменную из выпадающего списка (Рисунок 7).

Добавление переменной на график

Рисунок 7. Добавление переменной на график

5. Запустите численный расчет модели. Для этого в области поля операций на горизонтальной панели выберите вкладку Simulation и на вертикальной панели - Engine.

В поле option Selected engine выберите инструмент для численных расчетов модели - ODE Simulation enпgine. В folder Java simulation engine обозначьте начальное время расчетов в поле option Initial time; шаг, с которым будут сохраняться или выводиться на график результаты в поле option Time increment, а также конечное время в поле option Completion time (Рисунок 8).

Задание опций для численного расчета

Рисунок 8. Задание опций для численного расчета

Для того, чтобы запустить симуляцию модели, сначала сохраните выбранные опции для симуляции, путем нажатия на иконку save, расположенную в верхней части поля операций, и затем нажмите на иконку simulate. После окончания численного расчета модели в открывшемся окне будет отображен график результатов (Рисунок 9).

График, отображающий изменение концентрации мРНК (mRNA), белка (protein) и транскрипционного фактора (protein_extra) в подмодели Hes7 oscillator

Рисунок 9. График, отображающий изменение концентрации мРНК (mRNA), белка (protein) и транскрипционного фактора (protein_extra) в подмодели Hes7 oscillator