MIRIAM Resources: a robust annotation and

MIRIAM Resources: a robust annotation and  cross­referencing framework Camille Laibe

HUPO­PSI 2010 Spring Meeting, Seoul, Korea

EBI is an Outstation of the European Molecular Biology Laboratory.

ELIXIR: recommendations Talk outline

   Background information BioModels.net MIRIAM Standard    Annotations    MIRIAM URNs    MIRIAM Resources    Examples of usage    How could all this help you?

BioModels.net    Community aiming to improve model annotation, interpretation, 

exchange and re­use. Not restricted to any format (eg. SBML, CellML, …)    Current projects: A checklist for model annotation: MIRIAM and its supporting  infrastructure: MIRIAM Resources A set of relationships (qualifiers) to link model and data:  BioModels.net qualifiers An ontology to precise the semantics of models: SBO A public database of published models of biological interest:  BioModels Database Several ongoing efforts: MIASE, KiSAO, SED­ML, TEDDY, ...

http://biomodels.net/

3

Quantitative biochemical models biochemical model

mathematical model

simulation

computational model Tyson et al (1991) PNAS 88(1):7328-32

MIRIAM

The Minimum Information Required  In the Annotation of a Model

http://biomodels.net/miriam/

MIRIAM STANDARD MIRIAM Standard

proposed guidelines for  curation and annotation of  quantitative models about encoding and  annotation applicable to any structured  model format cf. Nicolas Le Novère et al. Minimum  Information Requested in the  Annotation of biochemical Models  (MIRIAM). Nature Biotechnology, 2005

MIRIAM Compliance

Models must: be encoded in a public machine­readable format be clearly linked to a single publication reflect the structure of the biological processes described in the  reference paper (list of reactions, ...) be instantiable in a simulation (possess initial conditions, ...) be able to reproduce the results given in the reference paper contain creator’s contact details annotated: must unambiguously identify each model constituent

Why are annotations important? Annotations of model components are essential to:    unambiguously identify model components improve understanding the structure of the model allow easier comparison of different models ease the integration of models    allow efficient search strategies    add a semantic layer to the model improve understanding of the biology behind the model allow conversion and reuse of the model ease the integration of model and biological knowledge

Why are annotations important? Annotations of model components are essential to:    unambiguously identify model components improve understanding the structure of the model allow easier comparison of different models ease the integration of models    allow efficient search strategies    add a semantic layer to the model improve understanding of the biology behind the model allow conversion and reuse of the model ease the integration of model and biological knowledge

→ True for any kind of data, not only models!

Why annotations should not be raw text? EMBL bank version 45 (04-DEC-1995 ): /db_xref="PID:g984120" EMBL bank version 47 (07-JUN-1996): /db_xref="PID:g984120" /db_xref="SWISS-PROT:P49581" EMBL bank version 60 (03-SEP-1999): /db_xref="SWISS-PROT:P49581" /protein_id="CAA58766.1" EMBL bank version 73 (30-NOV-2002): /db_xref="SWISS-PROT:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581" EMBL bank version 79 (08-JUN-2004): /db_xref="UniProt/Swiss-Prot:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581" EMBL bank version 84 (12-SEP-2005): /db_xref="UniProtKB/Swiss-Prot:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581"

Why annotations should not be raw text? EMBL bank version 45 (04-DEC-1995 ): /db_xref="PID:g984120" EMBL bank version 47 (07-JUN-1996): /db_xref="PID:g984120" /db_xref="SWISS-PROT:P49581" EMBL bank version 60 (03-SEP-1999): /db_xref="SWISS-PROT:P49581" /protein_id="CAA58766.1" EMBL bank version 73 (30-NOV-2002): /db_xref="SWISS-PROT:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581" EMBL bank version 79 (08-JUN-2004): /db_xref="UniProt/Swiss-Prot:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581" EMBL bank version 84 (12-SEP-2005): /db_xref="UniProtKB/Swiss-Prot:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581"

Why annotations should not be raw text? EMBL bank version 45 (04-DEC-1995 ): /db_xref="PID:g984120" EMBL bank version 47 (07-JUN-1996): /db_xref="PID:g984120" /db_xref="SWISS-PROT:P49581" EMBL bank version 60 (03-SEP-1999): /db_xref="SWISS-PROT:P49581" /protein_id="CAA58766.1" EMBL bank version 73 (30-NOV-2002): /db_xref="SWISS-PROT:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581" EMBL bank version 79 (08-JUN-2004): /db_xref="UniProt/Swiss-Prot:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581" EMBL bank version 84 (12-SEP-2005): /db_xref="UniProtKB/Swiss-Prot:P49581" /protein_id="CAA58766.1" /db_xref="GOA:P49581"

Not consistent!

Why annotations should not be uncontrolled XML? Extracted from a BioPAX model:     CGD CSSM34

Why annotations should not be uncontrolled XML? Extracted from a BioPAX model:     CGD CSSM34

What is “CGD”?

Why annotations should not be uncontrolled XML? Extracted from a BioPAX model:     CGD CSSM34

What is “CGD”? CGD is the official acronym for:   Candida Genome Database   Cattle Genome Database   Comparative Genomics Database   Chronic Granulomatous Disease

Why annotations should not be uncontrolled XML? Extracted from a BioPAX model:     CGD CSSM34

What is “CGD”?

Ambiguous! CGD is the official acronym for:   Candida Genome Database   Cattle Genome Database   Comparative Genomics Database   Chronic Granulomatous Disease

Why annotations should not be uncontrolled XML? Extracted from a BioPAX model:     CGD CSSM34

What is “CGD”?

Ambiguous! CGD is the official acronym for:   Candida Genome Database   Cattle Genome Database   Comparative Genomics Database   Chronic Granulomatous Disease Hopefully, things are now changing (cf. Pathway Commons)...

Why annotations should not be uncontrolled URLs?

Minimum information requested in the annotation of biochemical  models (MIRIAM)  PMID: 16333295

URLs (physical addresses):   http://www.ebi.ac.uk/citexplore/citationDetails.do? dataSource=MED&externalId=16333295   http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16333295   http://www.hubmed.org/display.cgi?uids=16333295   http://srs.ebi.ac.uk/srsbin/cgi­bin/wgetz?­view+MedlineFull+ [medline­PMID:16333295]

Why annotations should not be uncontrolled URLs?

Minimum information requested in the annotation of biochemical  models (MIRIAM)  PMID: 16333295

Not unique!

URLs (physical addresses):   http://www.ebi.ac.uk/citexplore/citationDetails.do? dataSource=MED&externalId=16333295   http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16333295   http://www.hubmed.org/display.cgi?uids=16333295   http://srs.ebi.ac.uk/srsbin/cgi­bin/wgetz?­view+MedlineFull+ [medline­PMID:16333295]

Why annotations should not be uncontrolled URLs?

Minimum information requested in the annotation of biochemical  models (MIRIAM)  PMID: 16333295

Not unique! Not perennial!

URLs (physical addresses):   http://www.ebi.ac.uk/citexplore/citationDetails.do? dataSource=MED&externalId=16333295   http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16333295   http://www.hubmed.org/display.cgi?uids=16333295   http://srs.ebi.ac.uk/srsbin/cgi­bin/wgetz?­view+MedlineFull+ [medline­PMID:16333295]

Characteristics of a useful identifier    Unique      an identifier must never be assigned to two different objects;    Perennial      the identifier is constant and its lifetime is permanent;    Standards compliant      must conform on existing standards, such as URI;    Resolvable      identifiers must be able to be transformed into locations of online  resources storing the object or information about the object;    Free of use      everybody should be able to use and create identifiers, freely and at no  cost.

MIRIAM URN Data type identifier

Dataset  Identifier

URI

text string

Not a URL,  not a “Web­ address”!

Format depends on the resource identified by the data type

22

MIRIAM URN Data type identifier

Dataset  Identifier

URI

text string Format depends on the resource identified by the data type

Not a URL,  not a “Web­ address”! UniProt and P62158 (human calmodulin) EC code and 1.1.1.1 (alcohol dehydrogenase)

urn:miriam:uniprot:P62158 urn:miriam:ec-code:1.1.1.1

Gene Ontology and GO:0000186 (activation of MAPKK activity) urn:miriam:obo.go:GO%3A0000186

23

Qualification of the annotation

model element

qualifier

represents

represents

biological entity A

annotation

relationship

biological entity B

Current BioModels.net Qualifiers Current BioModels.net qualifiers Current BioModels.net qualifiers

   bqmodel:is

   bqbiol:isPropertyOf

   bqmodel:isDerivedFrom

   bqbiol:isVersionOf

   bqmodel:isDescribedBy

   bqbiol:hasVersion

   bqbiol:is    bqbiol:isDescribedBy    bqbiol:hasPart    bqbiol:hasProperty    bqbiol:isPartOf 

   bqbiol:isHomologTo    bqbiol:isDescribedBy    bqbiol:encodes    bqbiol:isEncodedBy    bqbiol:occursIn    ...

http://biomodels.net/qualifiers/ 25

SBML and MIRIAM

SBML and MIRIAM

MIRIAM Resources

–

browsing

–

searching

–

editing

–

export (XML)

–

Web Services

–

documentation

http://www.ebi.ac.uk/miriam/ Open Source: available on SourceForge.net

Camille Laibe and Nicolas Le Novère. MIRIAM Resources: tools to  generate and resolve robust cross­references in Systems Biology. BMC Systems Biology, 2007

MIRIAM Resources overview

MIRIAM Resources: http://www.ebi.ac.uk/miriam/

MIRIAM data types

MIRIAM data type

MIRIAM data type

Resources

MIRIAM resources reliability

MIRIAM resources reliability

Applications: whole cell metabolic models    Yeast Metabolic Model Herrgård M.J., Swainston N., Dobson P., Dunn W.B., Arga K.V., Arvas M.,  Blüthgen N., Borger S., Costenoble R, Heinemann M., Hucka M., Le  Novère N., Li P., Liebermeister W., Mo M.L., Oliveira A.P., Petranovic D.,  Pettifer S., Simeonidis E., Smallbone K., Spasic I., Weichart D., Brent R.,  Broomhead D.S., Westerhoff H.V., Kırdar B., Penttilä M., Klipp E., Palsson  B.Ø., Sauer U., Oliver S.G., Mendes P., Nielsen J., Kell D.B. (2008) A  consensus yeast metabolic network reconstruction obtained from a  community approach to systems biology. Nature Biotechnology, 26: 1155­ 1160. 2152 species, 1857 reactions, 4861 MIRIAM annotations    Human Metabolic Model 4889 species, 8866 reactions, 66968 MIRIAM annotations

Models clustering

Krause F, Liebermeister W (2009) A simple clustering of the BioModels database using semanticSBML. Nature Precedings, doi:10.1038/npre.2009.3444.1

Models comparison

http://www.semanticsbml.org/

Tools developing support for MIRIAM URNs    Data resources

   Application software

BioModels Database (kinetic models)

ARCADIA (graph editor)

Pathway Commons (BioPAX)

BIOUML (modelling and simulation)

Physiome Model Repository (CellML)

COPASI (Simulation)

SABIO­RK (reaction kinetics)

LibAnnotationSBML

Yeast consensus model database

LibSBML

Human consensus model database

SAINT (semantic annotation)

E­MeP (structural genomics)

SBML2BioPAX SBML2LaTeX SBMLeditor (model editor) SemanticSBML (annotation,  merging, comparison, ...) Snazer (network analysis, simulations) Systems Biology Workbench  (model design and simulation) The Virtual Cell (simulation)

HUPO­PSI potential usage Intact (PSI-MI 2.5):

Pride: [...]

HUPO­PSI potential usage Intact (PSI-MI 2.5):

Pride: [...]

Possible cooperation?

Proteomics Standards Initiative Controlled Vocabularies Released October, 2006 Last maintenance update, April 2009 http://psidev.info/index.php?q=node/159

“As common reference system for databases MIRIAM resource is recommended.”

Acknowledgements

   Nicolas Le Novère    Nick Juty    Camille Laibe

   Henning Hermjakob    Samuel Kerrien    Juan A Vizcaino    Sandra Orchard    Luisa Montecchi­Palazzi

   The community of computational systems biology      for the development of MIRIAM and the implementation of MIRIAM support    Data providers      who replied, discussed and even complied with MIRIAM rules

[email protected]

43

Requirements for a MIRIAM compliant data type

   Open access  Anybody can access any public data without restriction (no commercial  licence, no login page, ...)    Atomicity The granularity of the data distributed has to be appropriately selected (a  database of “reactions” distributes reactions and not pathways) and  consistent (e.g. classes or instances but not classes AND instances)    Identifier An atomic data is associated to a unique and perennial identifier      Community recognition The resource has to be “recognised” by the corresponding experimental  community, be reasonably supported, ...