系统生物学基础--如何使用Cell Illustrator和通路数据库

系统生物学（Systems Biology）的主要目标是 实现“对生命体进行系统理解”。系统生物学是在解 读了全基因组后，生命科学研究领域中出现的一个新 的挑战性的领域——“如何将生命作为一个系统来理 解”。换句话说就是，这个领域需要去研究如何使用 计算机来理解信号传导路径，基因调控网络和代谢路 径等等。土井淳等著的《系统生物学基础--如何使用 Cell Illustrator和通路数据库》介绍如何将一个复 杂的生命体系统建立为数学模型并对其进行仿真。通 过几个经典模型为例，深入讨论如何使用这个软件来 理解需要测试的系统功能及机制。本书将成为能够帮 助有这样疑问和兴趣的人的入门参考书籍。本书的优 势在于，理解这些内容既不需要读者有任何微积分方 程的背景知识和经验，也不需要掌握计算机编程。通 过阅读这本书并使用软件Cell Illustrator，读者就 能够构建用于仿真（simulation）的复杂生物学通路 （biological pathway）。

第1章 绪论 1.1 胞内活动 1.1.1 转录、翻译和调控 1.1.2 信号传导路径和蛋白质 1.1.3 代谢作用和基因 1.2 胞内反应和通路 第2章 通路数据库 2.1 主要的通路数据库 2.1.1 KEGG 2.1.2 BioCyc 2.1.3 Ingenuity Pathways Knowledge Base 2.1.4 TRANSPATH 2.1.5 ResNet 2.1.6 Signal Transduction Knowledge EnVironment(STKE): 细胞信号的数据库 2.1.7 Reactome 2.1.8 Metabolome.jp 2.1.9 归纳与总结 2.2 通路的显示软件 2.2.1 Ingenuity Pathway Analysis (IPA) 2.2.2 Pathway Builder 2.2.3 Pathway Studio 2.2.4 Connections Maps 2.2.5 Cytoscape 2.3 通路的文件格式 2.3.1 基因本体(Gene Ontology，GO) 2.3.2 PSI MI 2.3.3 CellML 2.3.4 SBML 2.3.5 BioPAX 2.3.6 CSML／CSO 第3章 通路仿真软件 3.1 仿真软件后台 3.1.1 架构：确定性，概率性，还是混合的？ 3.1.2 通路建模的方法 3.2 主要的仿真软件工具 3.2.1 Gepasi／COpASI 3.2.2 Virtual Cell 3.2.3 Systems Biology Workbench(SBW)，Cell Designer，JDesigner 3.2.4 Dizzy 3.2.5 E-Cell 3.2.6 Cell Illustrator 3.2.7 总结 第4章 开始使用Cell Illustrator 4.1 安装Cell Illustrator 4.1.1 操作系统和硬件要求 4.1.2 Cell Illustrator的版本介绍 4.1.3 安装和运行Cell Illustrator 4.1.4 证书的安装 4.2 Cell Illustrator的基本概念 4.2.1 基本概念 4.2.2 实体 4.2.3 过程 4.2.4 连接 4.2.5 元素之间的连接规则 4.2.6 带有图标的元素 4.3 启动Cell Illustrator并创建和编辑模型 4.3.1 添加元素 4.3.2 模型编辑和画布上的操作 4.4 模型仿真 4.4.1 仿真时的设置 4.4.2 图表的设置 4.4.3 执行仿真 4.5 仿真的参数和规则 4.5.1 用离散实体和离散过程创建模型 4.5.2 用连续实体和连续过程构建模型 4.5.3 离散和连续的概念 4.6 使用带有图标的元素进行通路建模 4.7 用Cell Illustraor来构建通路的模型 4.7.1 自然降解(Degradation) 4.7.2 转移(Translocation) 4.7.3 转录(Transcription) 4.7.4 结合(Binding) 4.7.5 解离(Dissociation) 4.7.6 抑制(Inhibition) 4.7.7 酶促反应下的磷酸化(Phosphorylation) 4.8 总结 第5章 通路建模和仿真 5.1 信号通路的建模 5.1.1 主要参与者：配体和受体 5.1.2 构建在EGF刺激下经EGFR引起的信号传导通路的模型 5.2 代谢类模型的构建 5.2.1 化学反应方程式和对应通路的表现方法 5.2.2 米氏方程Cell Illustrator的通路表现方法 5.2.3 构建糖酵解通路的模型 5.2.4 糖酵解通路模型的仿真 5.2.5 模型改良 5.3 构建基因调控网络的模型 5.3.1 体内时钟和昼夜节律 5.3.2 小鼠昼夜节律的基因调控网络 5.3.3 小鼠昼夜节律基因网络的模型化 5.3.4 根据仿真结果产生假说 5.4 小结 第6章 有关各种通路的介绍 6.1 酵母的基因调控网络 6.2 基因网络的解析方法 6.2.1 基因网络的可视化 6.2.2 基因网络的布局 6.2.3 通路搜索功能 6.2.4 提取子网络的功能 6.2.5 两个子网络的比较 6.3 系统生物学的其他功能 6.3.1 通路语言：CSML 3.0和CSO 6.3.2 SaaS技术 6.3.3 通路参数搜索 6.3.4 更快速的仿真 6.3.5 输出通路模型到编程语言 6.3.6 通路布局算法 6.3.7 通路数据库管理系统 6.3.8 更多的可视化：图标的自动生成 写在最后