An integrated tool for visualization and analysis of boolean networks representations of gene regulatory networks.

Abstract

Understanding the dynamics of gene regulatory systems is essential to uncover biological processes, disease mechanisms, and potential therapeutic interventions. Boolean Networks (BNs) provide a simplified yet powerful framework for modeling these systems. By applying Boolean functions that assign each gene a binary state (1 or 0), we can derive and visualize the structure of the resulting Boolean Network. When derived from gene expression data, these models enable the study of network behavior and the regulatory dependencies among genes. However, existing tools for Boolean Network analysis are often limited in scope. Many lack comprehensive support for the full pipeline, from raw gene expression analysis and binarization to handling undecided states, inferring Boolean functions, and visualizing the resulting networks. To address these gaps, we developed an interactive application that integrates all stages of Boolean Network construction and analysis. Our tool extends a probabilistic framework for gene expression processing by incorporating mechanisms for undecided state imputation, Boolean function inference, and robust visualization and analysis of both Boolean Networks and Gene Regulatory Networks that they model.Comprender la dinámica de los sistemas reguladores de genes es esencial para el estudio de procesos biológicos, la caracterización de enfermedades y el desarrollo de intervenciones médicas. Las Redes Booleanas ofrecen un marco simplificado pero potente para analizar estos sistemas. Al aplicar funciones booleanas que asignan a cada gen un estado binario (1 o 0), es posible derivar y representar gráaficamente la estructura de la Red Booleana resultante. A partir de datos de expresión génetica, es posible inferir modelos booleanos que facilitan el estudio del comportamiento dinámico de la red y las dependencias regulatorias entre genes. Sin embargo, las herramientas existentes para el análisis de redes booleanas suelen presentar limitaciones. Muchas no incluyen capacidades completas para todo el proceso analítico, desde el reprocesamiento de datos de expresiones genéticas, la binarización de estas expresiones y la imputación de valores no decidibles, la inferencia de funciones booleanas y la visualización detallada de las redes. Con el objetivo de superar estas limitaciones, desarrollamos una herramienta que integra de forma interactiva todas las etapas del análisis y visualización de redes booleanas. Esta aplicación amplía un enfoque probabilístico para el procesamiento de expresiones géneticas, incorporando un mecanismo de imputación para estados no decidibles, la inferencia de funciones booleanas y capacidades robustas de visualización y análisis tanto de las Redes Booleanas como de las Redes Regulatorias Genéticas que modelan.