gP2S, un système de gestion de l’information pour les expériences CryoEM

Conception globale et modèle de navigationL’application gP2S est orientée projet, de sorte qu’une entité ne peut être créée que dans le contexte d’un projet. Le projet concerné est d’abord sélectionné dans la liste déroulante située dans le coin supérieur gauche de l’application. Pour plus de commodité, la liste des projets est filtrable et elle est triée avec les projets récemment utilisés affichés en haut. Lors de la sélection d’un projet, le nombre d’entités de chaque type associées à ce projet s’affiche dans la section workflow de la barre de navigation de gauche. L’utilisateur peut ensuite cliquer sur l’un des types d’entités de flux de travail (par exemple, sessions de microscopie) pour afficher une liste de ces entités dans le projet sélectionné(Figure 4). Cette liste se compose, pour chaque entité, d’une étiquette, d’une date et d’une heure de création, du nom de l’utilisateur qui l’a créée, d’une indication indiquant si des commentaires ont été faits sur cette entité et d’un nombre maximal de six champs de métadonnées clés (par exemple, pour chaque session de microscopie : grille, nombre d’images, heures de début et de fin, et quel microscope et détecteur ont été utilisés). La sélection de l’une des entités répertoriées ouvre une page de détails répertoriant toutes les informations disponibles pour cet élément, y compris une liste récapitulative de toutes les entités ancêtres (par exemple, pour une session de microscopie, sa grille parente et son échantillon sont répertoriés). Cela permet une navigation très rapide à travers la « lignée » d’une entité, par exemple en permettant la navigation en un seul clic à partir d’un modèle atomique vers les détails de l’échantillon(Figure 5). En outre, toute entité dans gP2S peut être commentée, en sélectionnant « Commentaires » dans la partie supérieure droite de sa page de détails, en entrant un commentaire en texte libre et éventuellement en joignant un ou plusieurs fichiers. Préparation de l’échantillonDans la première étape du flux de travail, décrivez l’exemple. Pour ce faire, définissez d’abord au moins un composant : protéine ou ligand. L’ajout d’une nouvelle protéine ne nécessite qu’une étiquette de protéine, mais pour aider à mieux décrire la protéine, ajoutez un identifiant PUR (pour l’identificateur de purification). Ce champ accepte n’importe quel texte et peut par exemple contenir un numéro de lot/lot ou servir de lieu pour une étiquette de code-barres. Si gP2S a été personnalisé pour s’intégrer à un système d’enregistrement des protéines (voir Discussion), l’ID PUR peut être validé automatiquement et utilisé pour récupérer et afficher des informations détaillées sur ce lot de protéines. Pour les ligands, une étiquette et une concentration en stock sont des informations obligatoires. Tous les autres champs sont facultatifs et comprennent : le concept (code à barres, nom commun ou autre identificateur de ligand) et l’identificateur de lot de lots. Encore une fois, si gP2S a été configuré pour s’intégrer à un système d’enregistrement de ligands, le concept et les identificateurs de lot peuvent être utilisés pour récupérer et afficher des données stockées à l’externe décrivant le ligand (par exemple, sa structure chimique, les résultats d’analyse). Un échantillon est défini par toute combinaison de protéines et de ligands et leurs concentrations finales. Si vous le souhaitez, spécifiez d’autres détails expérimentaux de l’échantillon tels que le temps et la température d’incubation, la mémoire tampon et une description du protocole en texte libre. Préparation de la grilleLorsque l’exemple est prêt, accédez à Grilles. Dans la liste, sous l’étiquette de chaque grille, recherchez une ou deux étiquettes colorées qui indiquent le type de grille (cryo ou tache) et si cette grille est disponible pour une utilisation. Pour créer une grille, sélectionnez Créer une nouvelle grille. Tapez une étiquette, sélectionnez le type de grille et le protocole de traitement de surface (p. ex., décharge luminescente) utilisés. Ensuite, indiquez si vous préparez une grille cryo ou une grille de coloration négative, puis sélectionnez l’un des protocoles de préparation préconfigurés dans la liste déroulante, qui est remplie avec Protocoles de coloration négative ou Protocoles de vitrification, en fonction du type de préparation de grille sélectionné précédemment. Ensuite, sélectionnez l’exemple approprié dans la liste déroulante et utilisez un bouton bascule pour indiquer si l’échantillon reste disponible (décrit plus en détail ci-dessous). Si vous choisissez de diluer ou de concentrer l’échantillon sélectionné, indiquez-le à l’aide de la bascule « dilué/concentré? » et spécifiez le facteur de dilution ou de concentration pertinent. Spécifiez le volume appliqué sur la grille (en μL) et pouvez éventuellement également enregistrer un temps d’incubation. Enfin, définissez l’emplacement de stockage de la grille. Pour les grilles de coloration négatives, enregistrez l’étiquette ou le numéro de la boîte de rangement et la position de la grille dans la boîte. Pour les grilles cryo, sélectionnez d’abord un périphérique de stockage dans la liste, puis fournissez des informations pour les champs disponibles et appropriés (cylindre, tube et/ou boîte, en fonction des propriétés du périphérique de stockage Cryo précédemment définies dans les paramètres). Les parties du flux de travail décrites ci-dessus, Échantillons et grilles, font partie d’un système de gestion des stocks. Cette fonctionnalité permet de savoir si les composants sont toujours disponibles pour une utilisation. Une protéine ou un ligand peut être rendu indisponible à partir du niveau de l’échantillon. Lors de la création d’un échantillon, la sélection de la « dernière goutte » pour l’un des composants de cet échantillon marque ces composants comme indisponibles pour une utilisation future : ils ne seront plus disponibles dans la liste déroulante lors de la création de l’échantillon et ils ne seront pas marqués par la balise « Disponible » dans l’affichage de liste. Un échantillon sélectionné peut être marqué comme indisponible à l’aide de l’un des deux interrupteurs à bascule – « Disponible pour la création de grilles? » (sous Échantillons) ou « L’échantillon est disponible pour une utilisation ultérieure? » (sous Grilles). Pour gérer la disponibilité de la grille, utilisez la bascule « Grille retournée au stockage ? » (sous Sessions de microscopie). Par défaut, cette valeur est définie sur « Oui » pour toutes les grilles de coloration négatives et sur « Non » pour les grilles cryoEM. collecte de donnéesUne fois les grilles enregistrées, enregistrez les expériences de collecte de données en créant des sessions de microscopie dans gP2S. Microscopy Session est l’entité expérimentale la plus complexe suivie par l’application et elle est organisée en quatre sections: informations de base, paramètres du microscope, paramètres d’exposition et contrôle du microscope. La première section contient des informations de base: une étiquette de session de microscopie, ses dates et heures de début et de fin, quelle grille a été essée, quel microscope, détecteur et porte-échantillon (le cas échéant) ont été utilisés, et combien d’images ont été collectées. Lors de la création d’une nouvelle session de microscopie, le système remplit automatiquement la date et l’heure de début. La date et l’heure de fin sont facultatives. En effet, une session peut être enregistrée dans le système alors que l’expérience est toujours en cours et que, par conséquent, son heure de fin ne serait pas connue avec précision. Si la date et l’heure de fin ne sont pas connues, tapez-les manuellement ou utilisez le bouton « maintenant » pour entrer la date et l’heure actuelles. Une autre façon est de profiter du fait que gP2S ne permet pas plus d’une séance de microscopie inachevée sur un microscope donné. Le démarrage d’une nouvelle session de microscopie sur le même microscope marque automatiquement toute session précédemment démarrée comme terminée. À l’étape suivante, choisissez la grille. La liste déroulante aura toutes les grilles disponibles dans le projet actuel. Après avoir choisi une grille, certaines de ses informations de base seront visibles : qui l’a créée et quand, et quel échantillon lui a été appliqué. Selon le type de grille sélectionné, la session de microscopie sera marquée comme « tache » ou « cryo » sur la vue de liste. Par défaut, le microscope le plus récemment utilisé dans le projet en cours est présélectionnable. Si un microscope particulier a un mécanisme d’insertion d’échantillon défini comme un chargeur automatique, il s’agit des informations affichées en tant que porte-échantillon. Cependant, si le microscope sélectionné nécessite l’utilisation de supports d’entrée latéraux, sélectionnez le support utilisé dans la liste des supports d’échantillon configurés pour fonctionner avec ce microscope (si la grille sélectionnée est une grille cryo, seuls les supports cryo-capables sont répertoriés). La deuxième section d’un formulaire de session de microscopie contient des informations sur les paramètres du microscope tels que les tensions d’extraction et d’accélération, l’objectif du pistolet, le diamètre de l’ouverture C2, l’ouverture objective et la largeur de la fente du filtre d’énergie. Lors de l’utilisation de routine, ces paramètres sont rarement modifiés car les utilisateurs n’ont généralement pas à s’écarter des valeurs par défaut. La troisième section de la session de microscopie contient des informations sur les paramètres d’exposition. Dans cette section, les métadonnées suivantes sont enregistrées: grossissement (taille de pixel), taille du point, diamètre de la zone éclairée, durée d’exposition, et si la nanosonde, le mode de comptage, le fractionnement de la dose et la super résolution ont été utilisés (le mode de comptage, le fractionnement de la dose et les paramètres de super résolution ne sont activés que si le détecteur sélectionné possède ces caractéristiques). Si le fractionnement de la dose a été utilisé, le nombre de cadres et le taux d’exposition sont également enregistrés. Pour plus de commodité, un certain nombre de paramètres expérimentalement importants sont calculés à la volée et affichés dans le formulaire: la taille de pixel de l’image finale (Å), le taux d’exposition (électrons /Å 2/ s), l’exposition totale (électrons /Å 2),la durée de trame (s) et l’exposition par image (électron /Å 2). La quatrième et dernière section de la session de microscopie peut être utilisée pour enregistrer le sous-focalisation minimal et maximal de la cible, ainsi que le nombre d’expositions par trou. Bien que les séances de microscopie dans gP2S puissent être utilisées pour enregistrer tout type de travail de microscopie, que ce soit à des fins de dépistage ou de collecte de données, nous avons constaté qu’il est suffisant et plus efficace de demander aux utilisateurs de se concentrer sur l’enregistrement des séances de collecte de données, et que les séances de dépistage, dans lesquelles une grille n’est que brièvement inspectée pour le contrôle de la qualité, ne doivent pas nécessairement être enregistrées en tant que sessions de microscopie. traitement d’imagesLe travail de traitement d’image est enregistré dans gP2S en tant qu’entités de session de traitement. Chaque session de traitement est liée à une ou plusieurs sessions de microscopie, qui doivent être sélectionnées dans une liste déroulante. Indiquez quels progiciels (programmes et versions) ont été utilisés, le nombre de micrographies et le nombre de particules prélevées. Si vous le souhaitez, enregistrez le nom du répertoire du traitement. Dépôt de carteUne fois qu’une ou plusieurs reconstructions tridimensionnelles ont été obtenues, les cartes peuvent être déposées dans gP2S. Chaque carte est associée à une session de traitement et se compose du fichier de mappage réel (généralement un fichier au format MRC, mais gP2S permet n’importe quel type de fichier) et des métadonnées clés: taille du pixel (Å), niveau d’isocontour recommandé pour le rendu de surface, symétrie appliquée, nombre d’images utilisées pour créer la carte et résolution estimée : dans ses meilleures et pires parties ainsi que la résolution globale moyenne. Les cartes peuvent être associées les unes aux autres à l’aide des types de relations suivants : versions filtrées, masquées, rééchantillonnées ou affinées. Lors de l’enregistrement d’une telle association, sélectionnez le type de relation (par exemple, « est une version filtrée de ‘ » ou « a une version filtrée »). Dépôt de modèlesUne fois qu’un modèle atomique a été obtenu, il peut être déposé dans la section Modèle de gP2S pour le projet concerné. La fonction Modèle de la première version de gP2S est barebones : à l’autre que le fichier de modèle réel (généralement un fichier PDB ou mmCIF), seules la résolution (en Å) et la carte (ou la liste des cartes) à partir de laquelle le modèle a été dérivé sont requises. En outre, il est possible d’indiquer qu’un modèle est une version raffinée d’un modèle précédemment déposé. Des fonctionnalités supplémentaires, y compris la validation du modèle, sont en cours de développement et pourraient être ajoutées à la version open source de gP2S à l’avenir. RapportsIl peut être nécessaire de générer des documents de synthèse à distribuer aux collaborateurs, qui n’ont peut-être pas accès à gP2S, ou à archiver sur un système de fichiers. gP2S fournit une fonctionnalité de rapport à cet effet, disponible via une icône d’imprimante en haut à droite de chaque page d’affichage des détails de l’entité. Cela génère un fichier PDF imprimable qui inclut toutes les métadonnées décrivant l’entité et chacune de ses entités ancêtres, y compris tous les commentaires. Cette fonctionnalité est particulièrement précieuse après le dépôt du modèle, car toutes les données et métadonnées retraçant la lignée du modèle atomique final jusqu’à des lots de ligands de protéines et de petites molécules spécifiques via des sessions de microscopie et des grilles seront disponibles dans un seul document. Figure 1. gP2S fonctionnant sur un iPad sur un banc de laboratoire de vitrification. L’interface utilisateur a été conçue pour fonctionner à l’aide d’écrans tactiles, ce qui facilite l’utilisation en laboratoire et la saisie précise des métadonnées. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 2: Architecture système gP2S. gP2S suit une organisation classique à trois niveaux et s’appuie sur deux serveurs de base de données pour le stockage des données et un serveur LDAP pour l’authentification des utilisateurs. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 3: Le modèle de données gP2S. Les entités sont représentées sous forme de rectangles (orange foncé pour les entités de flux de travail, orange pour l’équipement et les protocoles, jaune pour les autres types d’entités), et leurs relations sont (un-à-un, un-à-plusieurs, plusieurs-à-plusieurs) indiquées par des lignes continues. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 4. Vue de liste session de microscopie. Dans cette vue, toutes les sessions de microscopie enregistrées dans le cadre du projet sélectionné (« CARD9 » dans cette capture d’écran) sont répertoriées. Une balise verte ou violette fait la différence entre les sessions de microscopie à température ambiante (tache négative) et cryogéniques, et quelques métadonnées clés décrivant chaque session sont répertoriées (par exemple, l’utilisateur qui l’a enregistrée, à l’extrême droite). Cliquez sur le nom d’une session de microscopie pour ouvrir une vue détaillée de cette session (une vue détaillée d’un modèle est illustrée à la figure 5). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 5. Vue détaillée du modèle. La partie supérieure de la page affiche les métadonnées disponibles pour le modèle sélectionné. Le volet de commentaires à droite peut être masqué en cliquant sur la croix (en haut à droite) ou sur le « Commentaires (1) » à sa gauche. Ci-dessous, un ensemble d’icônes permet la génération d’un rapport PDF (icône d’imprimante, voir le texte principal), l’édition de l’entrée (icône en forme de crayon) ou sa duplication (icône en double rectangle). La partie inférieure de la page contient une liste de structure de toutes les entités dont ce modèle est issu, des exemples aux cartes. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Nom de la bibliothèque ou de l’infrastructure type Version ApacheDS Serveur LDAP 0.7.0 docker outil de développement n/a élément bibliothèque 1.4.10 hiberner bibliothèque 5.0.12 Java langage de programmation 1.8+ JavaScript langage de programmation EcmaScript 2017 JUnit bibliothèque 4.12 karma bibliothèque 1.4.1 Maven outil de développement 3+ MongoDB Serveur de base de données 4.0.6 Base de données MySQL Serveur de base de données 5.7 Nœud .js cadre 6.9.1 SASS (node-sass) bibliothèque 4.5.3 SpringBoot cadre 1.3 Interface utilisateur Swagger bibliothèque 2.6.1 matou serveur d’applications 8.5.15 Vue.js cadre 2.4.2 vue-cli outil de développement 2.6.12 Tableau 1. Bibliothèques et frameworks utilisés par gP2S