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1 命と環境のフェノーム統合データベース 統合化推進プログラム平成 24 年度進捗報告会 2013 年 1 21 ( ) ( 独 ) 理化学研究所豊 哲郎 桝屋啓志 1

2 フェノーム統合データベース 1 フェノタイプ情報からバイオリソースを検索できるようにする フェノタイプ ( 献 オントロジー ) 中間フェノタイプ (Linked Data) 3 推論検索ワークフロー 遺伝資源 ( バイオリソース ) 2 バイオリソースからフェノタイプ情報を検索できるようにする 2

3 フェノーム統合 DB は バイオリソースの利 を促進する 従来 : リソース名を知らないと検索できなかった このリソース使いたい 通 リソース名で検索 フェノタイプ 論 本データベース : フェノタイプ経由で研究にふさわしいリソースを探索 較検討 遺伝 の変異 症状 較検討 バイオリソースの利 が促進される効果 バイオリソースの利 価値が まる! 遺伝資源 ( バイオリソース ) 3

4 フェノーム情報の整備のために RDF 技術を活 表現型データ汎 RDFスキーム ( 抜粋 ) DB 値 / オントロ OBOコンソーシアム提案の改良型ジーで代 表現型データ 何の? どんな形質が? ( 部位等 ) ( 形質 ) is_a どうなった? ( 表現型 ) 植物表現型特性情報 培養細胞特性情報 KO マウス表現型情報 ( マウス表現型の例 ) 物横断的に特性情報を格納できる汎 スキーム ( 各 物の特性情報 is_a 表現型データ ) 4

5 開発したスキームの有 性 部位と特性で リソース情報を整理 異常部位の内約 (MAオントロジー分類) 神経系の異常 :10 系統 格系 :36 系統 :16 以外 :5 中軸系 :12 関節 :3 表 系 :87 系統結合組織系 :17 系統 液 リンパ系 :102 系統 異常の内訳 (PATO 尿 :6 オントロジー分類系統 ) さ短縮 :13 サイズ :20 形態 :35 径の短縮 :6 形成不全 :1 形状 :15 形態以外 :1 の 軸 向成 コントロール変異 : 13 系統 太さコントロール変異 :6 系統 柔軟なリソース検索の実現 に異常のあるマウスは? 異常部位でフィルター マウス系統のリスト

6 RDF の 所を活かしてバイオリソースを 分かりやすく 提 RDF のリンクは 関連情報に延々と繋がっている 最初に最低限の情報へのリンクを せておき 関連情報を るをクリックすることで 関連情報へと誘導する 全てのリソースはオープンに利 可能 Amazon 型の おすすめマウス へのリンク ( 後述 ) 6

7 関連情報を る をクリックすることで 関連情報を閲覧 実験 マウス Mus musculus Mus musculus における他のバイオリソースへと誘導 このマウスは Kit<W-sh> アレルを持つ リファレンス情報 この系統は C57BL 系統に由来する 他に C57BL 由来系統は何があるか 本系統の寄託者は理研 Kit<W-sh> アレルによってもたらされる表現型を列挙 Kit<W-sh> アレルとは Kit 遺伝 のバリアント 7

8 RDF の繋がりを機械的に探索し お勧めマウス を 動提 RDF のリンク辿る事で 類似の表現型を すマウスを 動収集 Amazon のインターフェースで より 的に合ったリソースに誘導 RDF のリンク ( 抜粋 ) ( 各系統の す表現型の 致度が い順番に提 ) 類似度 類似度低 8

9 フェノーム統合の 度化に向けて H23 H24 H25 リソースを集めて繋ぐ 公開する 分かりやすく せる 探せる ユーザのデータ解析に役 つ SWAS 解析 (Semantic-Web Association Study) 9

10 Semantic Web による相関解析の拡張 Kobayashi & Toyoda, Bioinformatics, 2008 GWAS: Genome-Wide Association Study SWAS: Semantic-Web Association Study Functions Genes lines Phenotypes GWAS Publications Alleles Individuals 10

11 SWAS 検索エンジン (PosMed) の適 統計的なセマンティックウェブ検索システム Kobayashi & Toyoda Bioinformatics (2008) 閲覧用文書ファイル ~1000 万件 概念ノード ~10 万件 概念ノード ~10 万件 オミックス情報や文献等の文書 ~1000 万件 高速検索 Gene 1 Gene 1 hit hit 利用者によるキーワード検索 検索結果 Gene 3 Gene 4 hit keywords ( 糖尿病 ) オントロジークラスや候補遺伝子など Gene 5 conditions ( 染色体領域 ) 概念単位で纏めてヒット文書を提示 すべての計算が 1 秒程度で終わる 高速ウェブ検索の実現 11

12 数万個の集計表を 速に計算する特許技術を適 すべての Gene (X=1,2,,, 数万 ) に対して 三次元集計表を瞬時に作成する技術 遺伝子名や概念ノード等 (~10 万件 ) 文献等の文書ファイル (~ 千万件 ) Gene X を含む Gene X を含まない 検索ワードを含む A 個のドキュメント C 個のドキュメント 検索ワードを含まない B 個のドキュメント D 個のドキュメント Gene X hit hit hit 利用者によるフェノタイプ検索 ( 検索ワード ) プロパティ ( ドキュメントの種類 ) による分類 (Medline, OMIM, PPI, Bio resources 等 ) この表に基づいて 統計量の算出やフィッシャーの正確検定などの統計的推論を行うことができる キュレーターが対応づけた遺伝子と文書の対応関係 文献と遺伝子の正確な対応付けルールを構築各種概念とキーワードとの関連性を網羅的かつ 高速 統計的に評価できる 正確なテキストマイニング 12

13 SWAS 検索でバイオリソースの フェノタイプを推論 キーワード 糖尿, GWAS でバイオリソースを検索 GWAS で糖尿原因遺伝子とされている Acads 遺伝子と文献共起のある マウスリソースが提示された 13

14 SWAS 検索でシロイヌナズナ変異体の 表現型を推論検索 検索キーワード 開花 で検索 既存のデータベースには変異体 F24649 の開花に関する表現型情報は含まれていないが 推論検索により関係性が された 14

15 疾患関連遺伝子の候補群の中から機能解釈可能なものを SWAS 検索 複合検索条件 ポジショナルクローニングでの候補遺伝子選び 交配実験によるラフマッピング (~10Mbp wide interval) キーワード : type 2 diabetes ゲノム条件 : 6 番染色体の遺伝子 Bioinformatics, 2008 Nucleic Acids Res., 2009 Plant Cell & Phys., 2009 候補遺伝子のランキング結果 Interval Too many genes 候補遺伝子の推定 原因遺伝子変異の同定 ENU マウスミュータジェネシスでは 約 65 のマウス系統の原因遺伝子の探索成功に貢献 今後は NGS で見つかってくるヒト細胞の変異部位の機能解釈に応用していく 15

16 途例 : がん細胞の原因変異遺伝 の in silico 絞り込み 1NGS データの 較による変異部位の同定 正常細胞 がん細胞 2 変異のある遺伝 のリストの作成 ( 数百 数千 ) Gene1 Gene2 変異遺伝 リスト フェノーム統合 DB 3 変異遺伝 とフェノタイプ情報を推論的に結び付けて提 ( 原因遺伝 変異の絞り込み ) Gene1 Gene2 フェノタイプ : Cancer 16

17 で公開中 biolod.org/posmed/ 間ユニークユーザー 16,000 ( 昨年 12 ) 17

18 Biophenome Linked Open Databases biolod.org 18

19 今年度の成果 リソース基本情報の整備 マウス : 理研内 ( 昨年度 4929 件 )+ 新規 186 件 理研外更新 新規 6287 件 培養細胞 : 新規 3611 件 植物 : 新規 件追加中 プロパティ標準化作業とフェノーム記述の識別子体系化と評価 一般的に使われるオントロジーを用いて 表現型データ記述の汎用 RDF スキーマを作成 :34 データベースが対応済 フェノーム情報の整備 マウス : 新規 874 件 培養細胞 : 新規 5000 件 シロイヌナズナ : 以下のデータをPosMedによる推論検索対象に追加 変異株 3763 種類の表現型情報 : 件 文献キュレーションによるシロイヌナズナ表現型情報 : 824 件 リソース提示のインターフェース開発 ( フェノーム利用ワークフロー開発 ) RDF 形式データを用いたバイオリソース提示インターフェース 疾患モデル推論システム開発 ( 連携支援システム ) 19

20 実施計画 H24 年度 プロパティ標準化作業と識別 体系化作業を実施し その成果を公開 マウス系統と細胞株と植物株の統合 それらのフェノーム情報の統合 フェノーム情報を活 した連携研究を 援するシステム構築 ( おすすめ機能 ) H25 年度 プロパティ標準や識別 体系の評価と向上 ( アップロード機能の実装とデモ ) 細胞株培養条件および微 物その他の有 性情報の統合化作業 バイオリソースを対象とした次世代シーケンサーデータの統合化 ワークフローとしての PosMed 推論検索の 度化と普及化 構築したシステムやデータの NBDC へ受け渡し 研究ニーズを捉えるインターフェースの追求 GWAS, コホート研究からモデル 物での検証へ フェノームデータでバイオリソースの価値を める 20

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