tools lec11 2008 - ibi.vu.nl filehyperprolactinemia is characterized by: – inappropriate milk...

71

Upload: trannhan

Post on 28-Jul-2018

213 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

������������� ���������������������

�������������� ��������� ��� �����

�����������������������������

���������� ���� �����

������������ ����

������������ ������

Life Science Data

Recent focus on genetic data“ genomics: the study of genes and their function. Recent advances in genomics are bringing about a revolution in our understanding of the molecular mechanisms of disease, including the complex interplay of genetic and environmental factors. Genomics is also stimulating the discovery of breakthrough healthcare products by revealing thousands of new biological targets for the development of drugs, and by giving scientists innovative ways to design new drugs, vaccines and

������� ����������!������!����"�#$�%�&����$������������'����$�(��$)�*++,

development of drugs, and by giving scientists innovative ways to design new drugs, vaccines and DNA diagnostics. Genomics-based therapeutics include "traditional" small chemical drugs, protein drugs, and potentially gene therapy.”

The Pharmaceutical Research and Manufacturers of America - http://www.phrma.org/genomics/lexicon/g.html

Study of genes and their function

Understanding molecular mechanisms of disease

Development of drugs, vaccines, and diagnostics

The Study of Genes...

• Chromosomal location

• Sequence

• Sequence Variation• Sequence Variation

• Splicing

• Protein Sequence• Protein Structure

… and Their Function

• Homology

• Motifs

• Publications• Publications

• Expression

• HTS

• In Vivo/Vitro Functional Characterization

Understanding Mechanisms of Disease

Metabolic and

regulatory regulatory pathway induction

Development of Drugs, Vaccines, Diagnostics

Differing types of Drugs, Vaccines, and Diagnostics• Small molecules

• Protein therapeutics

• Gene therapy

• In vitro, In vivo diagnostics• In vitro, In vivo diagnostics

Development requires• Preclinical research

• Clinical trials

• Long-term clinical research

All of which often feeds back into ongoing Genomics research and discovery.

The Industry’s Problem

Too much unintegrated data:– from a variety of incompatible sources

– no standard naming convention– no standard naming convention

– each with a custom browsing and querying mechanism (no common interface)

– and poor interaction with other data sources

What are the Data Sources?

• Flat Files

• URLs

• Proprietary Databases• Proprietary Databases

• Public Databases

• Data Marts

• Spreadsheets

• Emails

• …

Sample Problem: Hyperprolactinemia

Over production of prolactin– prolactin stimulates mammary gland

development and milk productiondevelopment and milk production

Hyperprolactinemia is characterized by:– inappropriate milk production

– disruption of menstrual cycle

– can lead to conception difficulty

Understanding transcription factors for prolactin production

“Show me all genes in the public literature that are putatively related to hyperprolactinemia, have more than 3-fold expression differential between hyperprolactinemic and normal pituitary cells, and are homologous to known transcription factors.”factors.”

“Show me all genes that are homologous to known transcription factors”

SEQUENCE

1Q“Show me all genes that have more than 3-fold expression differential between hyperprolactinemic and normal pituitary cells”

EXPRESSION

2Q

“Show me all genes in the public literature that are putatively related to hyperprolactinemia”

LITERATURE

3Q

(Q1∩Q2∩Q3)

The Complexity of Biological Data

Pharmaceutical Productivity

Source: PhRMA & FDA 2003

Stitching this all together by hand?

Source: Stephens et al. J Web Semantics 2006

����'��������������(� ��n '���

l ������!"#���������$ %�&������'#���(���� ������

l ))*+++��� �����

n -'�!--l ,���������-� ����%���"$ ������ �� �

l ./*+++���� %�01+*+++� (���(�

n .'/�n .'/�l ���$��� �0++���������1��� #�����

n ��2'-3l )++*+++������� %�,����$�������������2�����$

n ����2������l 0/*+++���� ��������"����#���$(

n �4&�4������2������3�l 04%+++���� � ���#�"�0 ������� �%

Problem with the Current WWW

������#������������ �����������

������

������������� ������������������"���� �����������

5����6

<treatment>

alleviates -7����7�

5 (���� 6

5��"$6

5��"$���� ����6

5� �� �6IS-A

��������������

disease

name

symptoms

drug

n 8 ��" ����

n 8 ������� ��#�$���������

n 8�������������������� "����

drug

administration

!�5#��������

0* ��������������������1��� #�����

l �� ��������$�� %�����"��� �������� "��� ���� �������� �������$"�$�

)* ��������������6%

l ��������������#������$� ���� � "��l ��������������#������$� ���� � "��

9* �� ������ �"��� ������������������

n ������ � ������� #��������#� �� ���$�������(��#�"�2����������� ��:J

world

concept

�����������������7������������#�������

no shared understanding

Conceptual and terminological confusion

Actors: both humans and machines

Agree on a conceptualization

Make it explicitin some language.

language

��������1��� #������82�������9�

n�����(����"�������������������

n�����(���1��� #���������� ��������

n�����(��������#�������� ��������

������ ������������#��n ������ ������������#�� �������(�����#�� ������#�����

l �"��� ������"���

l �"��� �����������

l ������ �����������

�������������1��� #������2�������

������%�

�;���� ��������� ������ %�������� %

����������� �#��

�����

������

������"�� ��� �# ������������ ���������

,�� �� "���������$�

������ %�������� %������ %��"���� �

!���������6������

n ����������l �" �3�,���� �).0+</�%� " � �=�0+49<4�

l #�������3� !&> -��)++��%�?>�0/��%�-�����./�@01+�-�����./�@01+�!( �� �#���$(

n ���$�$�������$���$��l A����%��&!2,%�>����������(��.++���������(��$���,(���9++���

n ���$�$������ ������ -7�B�������$����&!2,�

(�����������������������$$�n � �

l ������!"#���������$ %�&������'#���(���� ������

l ))*+++��� �����

n - 7B--l ,���������-� ����%���"$ ������ �� �

l ./*+++���� %�01+*+++� (���(�

n � '!n � '!l ���$��� �0++�������������#"����

n !&> -�l )++*+++������� %�,����$�������������2�����$

n ?����>����$(l 0/*+++���� ��������"����#���$(

n &,C��,������>����$(3�l 04%+++���� � ���#�"�0 ������� �%

����������������������

n ��� �@� ����� �����������(

n ��� � �@���� ��������(

n � ����

n �� <���"� n �� <���"�

n �����������"����:�����"� :��

n �� ���� ���� �� ��(��%��������(�

n ������� ���� �� �� (��*%���� *%�D�

n ������ �#��������� � ��� ���%������ �

n ��� ���$�� � 3���� �����%� "# "����

Increasing semantic “weight”

�(�������������������������

n>����$� ���������������� ����� ����

�����; �������������E����� ��(�

n>����$� ����n>����$� ��������� ������������

��� �"�����������������"�����

nA� %������$� ��; �#���" �����#"�������

!���� ���8��5#�������9�

ü ��������������������1��� #�����

l �� ��������$�� %�����"��� �������� "��� ���� �������� �������$"�$�

)* ��������������6%

l ��������������#������$� ���� � "��l ��������������#������$� ���� � "��

9* �� ������ �"��� ������������������

���"��������#����

���"��������#����

n:'/3l !"������ (��;%���� �����

n:'/�������3l �� ��#� � �"�"������F '����"���

n!3;3n!3;3l �������������G������ H�#������G��$ H

n!3;�������3l B�������#"�����������'��$"�$�

n2�/3l ��������;��� �������#"�����������'��$"�$�

����:'/n !�"�"��$���� �����"��� ������������

n �7 '����������� �������3

The Nether lands

GeographyCapital: Amsterdam

<h2>The Netherlands</h2>

<b>Geography</b><br><i>Capital:</i> Amsterdam <br>(The Hague is the seat of the government)<br><i>Neighboring countries:</i> Germany, Belgium

Capital: Amsterdam(The Hague is the seat of the government)Neighboring countries: Germany, Belgium

����:'/�� *�n �"��� �"���� ���������������������7 '�

n ,���"�� �������G����H����3l ������������� �����;%���������������:

n F '����� �� �����(��;����#(3�l $��$��� #�(������$�"������ ����$

l ������$������ �$�����$ ���$ �� ����$ �<country name= "The Netherlands" >

<geography><capital name= "Amsterdam" >

<remark> The Hague is the seat of the government </remark> </capital><neighboring_country> Germany </neighboring_country><neighboring_country> Belgium </neighboring_country>

</geography></country>

:'/����������

n ���"���� �����������%���#��������%�������� �������� ���������"������(%������� %���#"� %������ �$�� �"��� %�����������

country

capital

geographyname

remark

neighboringcountry

The Netherlands

The Hague is the seat of the government

GermanyAmsterdam

neighboringcountry

Belgium

comment

Should be...

name

��#�#�����������n�7�

l ���"����(���������

l �������I�������������!? '

<!ELEMENT country (geography, people, economy)><!ATTLIST country

name CDATA #REQUIRED>

l 2,��7��E���� ���������������

l �����������(��

name CDATA #REQUIRED><!ELEMENT geography (capital, neighboring_country*)><!ELEMENT capital (remark*)><!ATTLIST capital

name CDATA #REQUIRED><!ELEMENT remark (#PCDATA)><!ELEMENT neighboring_country (#PCDATA)> ….

��#�#������������ *nF '�!�����

l J"�������B��*�+)� �(�)++0��

l �����"������ ��7�3���� ��#� ���#�#��

n#"��� � ����������$� 3l F '�!������ �F '� ����l F '�!������ �F '� ����

l ��������(��$

l ������$������

l (����������(�������1���

<complexType name=”subject"><element name=”title" type="string"/><element ref=”lecture” maxOccurs="unbounded” />

</complexType>

:'/��������� �������������n�����������

l $��"��$%�#(�choice%�sequence ���all

n�������(l ��#"� 3�minOccurs%�maxOccurs

<complexType name="WindowsType"><element name="version" type="string” minOccurs="0”

maxOccurs="1" default="W98"/><element name="includedBrowser" type="string”

minOccurs="0" maxOccurs="1" fixed="Internet Explorer"/></complexType>

n ����"� �������� �� l ��#"� 3�default, fixed

���"��������#����

n:'/3l !"������ (��;%���� �����

n:'/�������3l �� ��#� � �"�"������F '����"���

n!3;3n!3;3l �������������G������ H�#������G��$ H

n!3;�������3l B�������#"�����������'��$"�$�

n2�/3l ��������;��� �������#"�����������'��$"�$�

RDF Triples in Life Sciences

(�#��������#�����!3;��0�n2 <�����%� #��=�>��#� ����

n �#��� ������� �����#����n���"�� ��$������>#���3

����+? &�(�$$$�"������

l ���� �����#����"��

l ����������E�$����

����+? &�(�***�"������

'&�

&�(�***

2"#��#(

(�#��������#�����!3;��*�n -���(�������� ����B'E�����������"�J"������$�

n �� �F '� (��; @����3������� ����� �#A8B����+?9=@�#���2�=&�(�$$$@C�#���2�=

@C����3�������=

n ��(� ����������#������#���K $���� �����#�������

��� +/ �!C&***%#������

�D�����

���������!3;������������

K ����� �1��� #��������B��

K >�$��=� �� �����#"���(������������������K ,�� %� "#,�� >�%�(��

K 2�����(%� "#2�����(>�

K �����%����$�E�����

�������� �#�����

�# 4����2��# 4����2�

'���

���

��������������������������������������������� �����

;���"

���

����������������������������������������

���"��������#����

n:'/3l !"������ (��;%���� �����

n:'/�������3l �� ��#� � �"�"������F '����"���

n!3;3n!3;3l �������������G������ H�#������G��$ H

n!3;�������3l B�������#"�����������'��$"�$�

n2�/3l ��������;��� �������#"�����������'��$"�$�

2�/�������!3;���������������

n �J"��(

n ��"������

n �"�#����� ���� l !�$������"��<�"�����"��

l >�����<��J"�������"�

n ���� �%� (�����%���� ��

n#���������$�#��l ����%����������

nD

2�/��������6�����1�

Full

DL

n 2�/�/��§� "#���� � %�����"�� §� "#�������� %������%����$�§����"����§����J"��(§�������(�+<0§���(�� ���� �%���� ��%� (�����

!3;�������

Lite

n 2�/�;#��§ ������������� � ���

n2�/�3/§&�$���§� �"����§�"���,������(§-�"�������(��

§���� �%���� ��%� (�����§�� ���"�§ ������"� ����§������"� ����

!���� ���8��5#�������9�

ü ��������������������1��� #�����

l �� ��������$�� %�����"��� �������� "��� ���� �������� �������$"�$�

ü ��������������6%

l ��������������#������$� ���� � "��l ��������������#������$� ���� � "��

9* �� ������ �"��� ������������������

F#���������������������������E����������� ����)������������#���)���������)��# ������)�G$

n !��������" � �������C�������������$� l !�������������� ������(���������� l !�������������� ������(����������

���������������������������-��������

4��1��������3(�������)�.'/)���$

F#��������������������������� �"������������$

� ���������"�������$"�$������(

� ,�������;�����

-;�����3�-��(��������C����������G�� �����H

amsterdam

trade

antwerp europe

amsterdam

merchant

city town

center

netherlandsmerchant

city town

n �;�����; �$���$��(����l ���=��

l '�#��J"����:�

��������������" ����������

F#��������������������������

n ��������������" ����������l �7�'�#�������������

n �2� ��������"��������

nL�#�)*+�����"�(< ������������

!���� ���8��5#�������9

ü ��������������������1��� #�����

l �� ��������$�� %�����"��� �������� "��� ���� �������� �������$"�$�

ü ��������������6%

l ��������������#������$� ���� � "��l ��������������#������$� ���� � "��

ü �� ������ �"��� ������������������

��������"����6�������

K32E-KH4/�����3<<���*�9*��$<)++0< �<��� <�

32E-��(��"���#��

n�����������������2��� ��l (#������� � ���������M�"������

l L�#������� ����������"��

nC" �� ������3���"$�����������l B��%�����������"�$�(������

l ?������ �"�" ��- 7B--�

����3���

n���"�������� ��� 3l !���������3������;*�/++*+++��"���;������

l -�'�&-3������;*�0+*+++*+++��# ���

n-;������ �����n-;������ �����l 7���,����; � ������!�����3���������;�������N ��������$������$N�

n7�� �"������>����$� l - 7B--3�O+*+++�������������� �)++*+++� (���(�

B���!�����

- 7B--

P"��(�������Architecture:

B��

��� �"����0

B��

��� �"�����….

%�����#���

GUI: Spectacle (Aduna)

Mediator: Sesame (Aduna)

http requests

Additional Source

Metadata Server(Collexis)

EMTREEThesaurus

(RDFS)

Java Client SOAP

DocumentModel(RDFS) Source

Model(RDF)

SeRQL

Additional Source of Data

SourceModel(RDF)SeRQL

GeneThesaurus

(RDFS)

��������"����6�������

K32E-K4���#����������

���CC���"$�������� $������CC���"$�������� $���

Author teamsIn HIV research?

��������"����6�������

K32E-K4���#����������

���CC���"$�������� $���

K (������������������ ���K (������������������ ������CC�" $�������$��#C

Stanford University Use Case

Source: http://pkb.stanford.edu/

�#�������Gn �������$�����������L�#3�

l ������������ �#�������#� �� ��"��������� �#������

n !(��;������������l F '������"��������$�l B���� ���������$�l B���!������� ���������$�l B���!������� ���������$�l >L'������������$

n ����#"���� ������������l '�Q ����������#����*

n ��"����������3l '�Q ���#����*

n L������#��3l C���� ��������$�� ��������%����� ��%������� �l ,��#��$�������������� ���$� �����������l D

�����������������#

n E������3�� ���; �$� ������������ �"������" �� ������Q

n 4�����#��3,�������������$(����� ������������#����������;��� ����� ������������#����������;��� �l ����� �����l � �������������������; �$������$(

n ��������37��� ���������; �$����� �����������������%��������������J"��(���������������"��� ����������� �