プロジェクト概要ーヒト全遺伝子データベース（H-InvDB）の概要と進展

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きみかずしもとり
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1 平成 23 年度第 3 つくば創薬研究における統合データベースの活用 2012 年 3 月 9 日 ( 金 ) ヒト遺伝子統合データベース H-InvDB の活用山崎千里産業技術総合研究所バイオメディシナル情報研究センター分子システム情報統合チーム chisato-yamasaki@aist.go.jp

2 本日の講習実習 1. ヒトゲノムデータの現状と H-Invitational プロジェクト 2. H-InvDBデータベース紹介 1. H-InvDB 画面 2. データダウンロードサイトマップドキュメント問合せ 3. H-InvDBの検索システム 1. 簡易検索検索結果表示画面閲覧 2. 新詳細検索 ( 複合検索 ) 4. H-InvDBの新データマイニングツール 1. H-InvDB 遺伝子リスト特徴抽出ツール H-InvDB Enrichment Analysis Tool (HEAT) 5. H-InvDB の活用 ( デモ実習 )~15 分 2

3 1. ヒトゲノムデータの現状と H-Invitational プロジェクト

4 ヒト標準ゲノム配列決定の完了 (2004) Nature 431: (2004) 4

5 個人ゲノム配列決定の現状個人の全ゲノム配列が決定された例 : 1.Craig Venter 博士 2.Jim Watson 博士 3. 中国人 ( 炎黄 1 号 ) 4. スイスの富豪 5. オランダの女性 ( 初の女性サンプル ) 6. 韓国人ゲノム日本人ゲノム解読 :2010 年 10 月 24 日に報告 ( Nature Genetics ) 1000 人ゲノムプロジェクト :2010 年 10 月 28 日にドラフト論文 ( Nature ) ヒトゲノム配列や多型データに反映最新のヒト標準ゲノムが 2009 年 3 月に公開 = NCBI human genome build 37.1(hg19) 5

6 Levy et al. (2007) PLoS Biology 5:e254. 6

7 日本人ゲノム配列解読論文 Nat Genet Nov;42(11): Epub 2010 Oct 24. 7

8 1000 人ゲノム解析計画 /10/28: パイロット解析論文出版 (Nature) 179 個人ゲノム ( 日本人 30 名 ) ドラフト解析最終的には 2500 個人ゲノム解読順次公開中 8

9 ヒト個人ゲノム配列解読予測 ~2,700(2010 年 10 月 ) ~30,000(2011 年内 ) Nature vol.447 (28 Oct., 2010) 9

全ゲノム配列解析サービス (5,000 ドル / 人 ) www.completegenomics.

10 全ゲノム配列解析サービス (5,000 ドル / 人 ) 個人ゲノム配列決定サービス ( Standard or Cancer or Reanalysis ) 10 accuracy level %, 40/80x coverage

11 個人ゲノム解析サービスドルで個人のゲノム配列を解析し 91 疾患へのかかりやすさや表現型との関連等を調べるサービスを提供 (2010 年 12 月 ) 11

12 $99 で個人キット購入毎月 $9 で個人ゲノム配列解析サービスに登録 (2012 年 3 月 ) 12

13 23andMe Ancestry 祖先探索家系図作成サービス 13

14 遺伝情報の伝達様式ゲノム遺伝子メッセンジャー RNA タンパク質エクソンイントロンタンパク質に翻訳される情報を持つ領域転写成熟翻訳転写産物 (mrna, cdna) タンパク質 14 14

15 国際共同研究プロジェクト H-Invitational 世界 6 機関の完全長 cdna データを統合世界 44 機関,158 名の研究者が参加

16 H-Invitational アノテーションプロジェクト国際アノテーション会議 ( ジャンボリー ) 開催専門家によるアノテーション ( 注釈付け ) 統一基準でアノテーションを実施データベースを構築アノテーションジャンボリー風景精査されたアノテーション情報を無償で公開生物情報解析研究センター / 現 : バイオメディシナル情報研究センター (JBIC 産総研 ) および DDBJ( 遺伝研 ) が主催 H-InvDB リリース /04/20 公開

0 構築中公式サイトトップページ URL: www.h-invitational.jp (hinv.

17 ヒト遺伝子統合データベース H-InvDB 産総研バイオメディシナル情報研究センター (BIRC) から提供ヒトの全遺伝子と転写産物を対象としたヒト遺伝子統合データベースヒトのすべての転写産物の配列を様々な手法で解析することにより精査されたアノテーション ( 注釈付け ) 情報を提供最新リリース H-InvDB_7.5 現在次メジャーリリース H-InvDB_8.0 構築中公式サイトトップページ URL: (hinv.jp) H-InvDB の主なアノテーション項目遺伝子構造スプライシング変異体機能性 RNA タンパク質の機能機能ドメイン細胞内局在代謝パスウェイタンパク質立体構造疾患との関連遺伝的多型 (SNPs) 遺伝子発現パターン分子進化学的特徴タンパク質間相互作用遺伝子ファミリーグループ 17

18 H-InvDB_7.5 アノテーション概要ヒト転写産物 (242,813 HITs) ヒトタンパク質 (137,607 HIPs) Mapping transcript nucleotide sequence onto human genome Predict CDS CDS 相同性検索 (ProteinDB) モチーフ予測 (InterPro) Genome NCBI b37.1 Determine gene locus for transcript with >=1bp overlap in genome location 予測されたタンパク質の遺伝子機能推定ヒト遺伝子座 (44,806 HIXs) 各種解析を実施し多数のアノテーション情報を付与遺伝子座 1 遺伝子座 2 18

19 H-InvDB 機能アノテーションタンパク質コード遺伝子分類アノテーションフロータンパク質データベースに対し相同性解析 (FASTY, BLASTX) 実行文献を確認したんぱく質の発現が実験的に報告されているかどうか精査 (I, II) InterPro ドメインにより遺伝子機能を推定 (III) Category 定義遺伝子数 I ヒト既知タンパク質に完全に一致する 14,175 II 既知タンパク質に相同性を有する 5,004 III InterProドメインによって遺伝子機能推定 1,786 IV 機能未知遺伝子 ( 未知タンパク質で保存 ) 5,057 V 機能未知遺伝子 4,059 VI 機能未知遺伝子 6,274 (20-79aa のショートプロテイン ) VII 転写型偽遺伝子候補 (pseudogene) 759 合計 36,355 非タンパク質コード遺伝子 : 7,692 機能が精査された Category I, II, III の20,965 件は信頼性の高いヒト遺伝子セットと考えられる 19

20 H-InvDB リリース 7.5 (2010 年 9 月 10 日公開 ) H-InvDB_7.5 では主に下記の点が新しくなりました 1. 予測遺伝子の選定条件の改良によるヒト遺伝子の再定義 2. スプライシング判定条件 (RASV) の改良 H-DBAS 更新 3. タンパク質間相互作用 (PPI) データ更新 PPI view 更新 ( 主な統計 ) 遺伝子数 44,806 件転写産物数 242,813 件タンパク質数 137,607 件スプライシング (RASV) 数 60,766 件次のメジャーリリース H-InvDB_8.0 構築中! 20

21 H-InvDB に関する論文 Nucleic Acids Research 2010 Database issue において H-InvDB についての論文を出版 HEAT, 複合検索などの新規ツールや新規アノテーションを報告各サブデータベースや関連研究等を含めこれまで約 20 報 ( 詳細 ) 21

22 2.H-InvDB データベース紹介 (1)H-InvDB 画面

H-InvDB 画面構成 3 種類のメインビューアと 6 種類のサブデータベースで構成リンクしているデータベース *CHGC BIND DIP Gene ontology (GO) HPRD LIFEdb PubMed NC-IUBMB (EC) *DKFZ/MIPS BodyMap DNA Probe Locator GeneCards IntAct LSBM RefSeq OMIM

23 H-InvDB 画面構成 3 種類のメインビューアと 6 種類のサブデータベースで構成リンクしているデータベース *CHGC BIND DIP Gene ontology (GO) HPRD LIFEdb PubMed NC-IUBMB (EC) *DKFZ/MIPS BodyMap DNA Probe Locator GeneCards IntAct LSBM RefSeq OMIM *IMSUT CCDS Ensembl GTOP InterPro MGI UCSC frnadb *KDRI dbsnp EntrezGene HGNC KEGG MINT UniGene GGDB *MGC/NCI DDBJ/EMBL/GenBank GenAtlas H-GOLD (GDBS) LEGENDA Mutation view UniProt GlycoProtDB *Human FLcDNA sequence data providers 23

24 H-InvDB のメインビューア (1) Locus view クラスター ( 遺伝子座 ) のアノテーションを提供ゲノム上の位置遺伝子構造遺伝子座の代表配列の遺伝子名機能情報等遺伝子ファミリースプライシングバリアント遺伝子発現パターンプローブ情報疾患関連情報メンバー転写産物リストデータベースへのリンク 24

25 H-InvDB のメインビューア (2) Transcript view 転写産物 (mrna, cdna 等 ) のアノテーションを提供塩基配列クローン名由来ライブラリー情報等染色体上の位置翻訳領域 (ORF) アミノ酸配列タンパク質としての機能ジーンオントロジー (GO) 機能性 RNA 酵素番号パスウェイ (KEGG) 分子進化学解析 ( モデル生物との進化的保存性 ) 多型 (SNP とマイクロサテライト多型 ) データベースへのリンク 25

26 実験用リソース情報の統合 Transcript view の Transcript info. 画面 H-InvDB からヒト cdna 実験用リソースへのスムーズな移行を実現抗体検索ページへのリンクを設置 ( バイオの買い物.com) 抗体検索 NBRC のヒト cdna クローン発注ページへのリンクを設置クローン発注 NBRC クローンの実験情報を提供する HGPD データベースへのリンクを設置実験データ提供 HGPD 26

27 H-InvDB のメインビューア (3) Proteinview 各タンパク質のアノテーションを提供 NEW!! H-InvDB_7.0 で新規公開! アミノ酸配列タンパク質の機能染色体上の位置翻訳後修飾 (PTM) 機能性モチーフ (InterPro) タンパク質間相互作用 (PPI) タンパク質立体構造 (GTOP) 細胞内局在 (SOSUI, wpsort 等 ) 多型 ( アミノ酸置換 SAR: シンプルアミノ酸リピート ) データベースへのリンク 27

28 H-InvDB サブデータベース特定のアノテーションに特化した 6 つのサブデータベース G-integra: ゲノム地図と遺伝子構造を表示するゲノムブラウザ H-ANGEL: 遺伝子発現プロファイルのデータベース Evola: モデル生物のオルソログ情報の分子進化データベース DiseaseInfo Viewer: 疾患関連遺伝子のデータベース PPI view: タンパク質間相互作用の情報を表示するビューア Gene family/group: 4つの遺伝子ファミリーに関する詳細なアノテーション G-integra( ゲノムブラウザ ) H-ANGEL( 遺伝子発現 ) Evola( 分子進化 ) 28

29 H-InvDB サテライトデータベース & ツール H-DBAS: スプライシングバリアントデータベース VarySysDB: 多型アノテーションデータベース LEGENDA: 疾患情報テキストマイニングデータベース H-Exp: ヒト遺伝子発現プロファイルデータベース DNAProbeLocator: マイクロアレイプローブデータベース G-compass: 比較ゲノムブラウザ TACT: 統合自動アノテーションシステム 29

30 G-Integra: ゲノムブラウザヒトマウスチンパンジーラットなど 14 生物種のゲノム地図ゲノム上の位置遺伝子構造 RefSeq&Ensembl の参考データオルソログ情報 EST SNP, リピート配列ゲノム上の位置構造

31 H-ANGEL: ヒト遺伝子の発現プロファイルデータベース遺伝子発現ライブラリ 10 および 40 の組織細胞 3 種の実験手法 7 つのプラットフォーム由来の発現データ iaflp SAGE DNA array etc. 発現パターン検索遺伝子発現情報

32 DiseaseInfo Viewer: 疾患情報データベース既知疾患関連遺伝子情報原因遺伝子が不明な遺伝性疾患情報他 DB へのリンク : Mutation view OMIM 疾患情報

33 PPI view: 蛋白質相互作用データベースヒト蛋白質相互作用情報を統合既存 PPI データベースとの対応およびリンク (BIND, DIP, MINT, HPRD, IntAct, GNP) 2006/12 公開 2010/09/10 更新ヒト蛋白質間相互作用 (PPI)

遺伝子ファミリーグループ Gene family/groups H-InvDB 遺伝子ファミリーグループは文献に基づくゲノム位置や既知タンパク質との配列相同性遺伝子名の記述を基に精査を行った 4 つの遺伝子ファミリーグループと予測遺伝子ファミリー (HIF) についてアノテーション情報を提供しています T 細胞レセプター (T-cell receptors: TCR) Gene

34 遺伝子ファミリーグループ Gene family/groups H-InvDB 遺伝子ファミリーグループは文献に基づくゲノム位置や既知タンパク質との配列相同性遺伝子名の記述を基に精査を行った 4 つの遺伝子ファミリーグループと予測遺伝子ファミリー (HIF) についてアノテーション情報を提供しています T 細胞レセプター (T-cell receptors: TCR) Gene symbols: TRBC1, TRAC, TRD@ 免疫グロブリン (Immunoglobulin: Ig) Gene symbols: IGKC, IGHA1, IGHE, etc 主要組織適合性複合体 (MHC/HLA) Gene symbols: HLA-A, HLA-B, HLA-C, etc 嗅覚受容体 (Olfactory receptors: OR) Gene symbols: OR1C1, OR2C3, OR3A1, etc 予測遺伝子ファミリー (HIF) ヒト全遺伝子のクラスタリングにより遺伝子ファミリーに分類した情報を提供 34

35 各画面のアイコン遺伝子のアノテーション転写産物のアノテーションタンパク質アノテーションゲノムブラウザ遺伝子発現分子進化データ疾患関連遺伝子タンパク質間相互作用遺伝子ファミリー 35

36 H-InvDB で使われる ID HIT (H-Invitational transcript): ヒト転写産物 ID 形式 :HIT + 9 桁の数字 + version 番号例 )HIT 転写産物 (cdna, mrna など ) 配列のアノテーション情報をデータベース化し H- Invitational transcripts(hit) ナンバーという ID を付与しました HIX (H-Invitational cluster): ヒト遺伝子座 ID 形式 :HIX + 7 桁の数字 + version 番号例 )HIX ヒトゲノム上の重複を除く遺伝子クラスター遺伝子クラスターを H- Invitational cluster(hix) と定義し各遺伝子座単位に ID を付与しました HIP (H-Invitational protein): ヒトタンパク質 ID 形式 :HIP + 9 桁の数字 + version 番号例 )HIP 転写産物配列の予測 CDS アノテーション情報をデータベース化しユニークなアミノ酸配列に対し H-Invitational protein(hip) ナンバーという ID を付与しました INSD (DDBJ/EMBL/GenBank) 等の公共 DBのID 等へも対応 36

37 2.H-InvDB データベース紹介 (2) データダウンロードサイトマップドキュメント問合せ

38 データダウンロード H-InvDB データの取得 HTTP H-InvDB 各画面データを一括してダウンロードできます FTP

39 クイックガイドとサイトマップクイックガイドサイトマップ 39

40 クイックガイドサイトマップ 40

41 Help ドキュメント H-InvDB 各画面プロジェクトの概要アノテーション方法 ID の説明データベースの利用方法日本語 / 英語で提供

42 問い合わせ : ヘルプデスク H-InvDB トップページご質問等お気軽にお問い合わせ下さい

43 3.H-InvDB の検索システム簡易検索の方法データのみかた検索ナビゲーション新詳細検索その他 H-InvDB 検索

44 H-InvDB 検索機能トップページに 6 つの検索機能 1 簡易検索 ID/ キーワード検索 eg. ABO 2 複合検索 16 の検索コンテンツ詳細なテキストキーワード ID 検索 3 染色体マップ対応するゲノムマップへリンク 4BLAST 検索配列の相同性による検索 5H-InvDB ナビ検索ナビゲーション 6 サイト内検索ドキュメント等検索 44

45 1 簡易検索キーワードを入力して GO ボタンをクリック例 ) ABO 45

46 XML, フラットファイル fasta ファイルのダウンロードも可能 HIT 16 件 HIX 2 件がヒットヒットした遺伝子リスト H-InvDB 画面へのリンク HIX ID のリンクをクリックして Locus view 画面へ 46

47 アイコンをクリックして Transcript view 画面へゲノム位置遺伝子構造遺伝子機能に関するアノテーション情報 HUGO gene symbol: ABO 47

48 アイコンをクリックして Protein view 画面へ各転写産物についての詳細なアノテーション情報 48

49 タブをクリックして機能性モチーフ画面へ各タンパク質についての詳細なアノテーション情報 49

50 機能性モチーフの詳細情報 IPR Glycosyl transferase, family 6 [Family] 50

51 5 検索ナビゲーション新詳細検索メニュー ( 検索ナビゲーション ) 51

52 検索ナビゲーション画面検索可能な全項目新詳細検索メニュー 52

53 2H-InvDB 新詳細検索検索条件実行画面検索実行例 X 染色体上にあり筋肉系組織で強く発現し 53 ミトコンドリアに局在するタンパク質検索

54 4BLAST 検索 BLAST 検索 : 配列の相同性検索 54

55 6 サイト内検索サイト内検索キーワードを入力してサイト内検索ボタンをクリック H-InvDB 内のページやドキュメントを検索 ( 日本語英語 ) 55

56 4.H-InvDB の新データマイニングツール H-InvDB 遺伝子リスト特徴抽出ツール -InvDB Enrichment Analysis Tool (HEAT)

H-InvDB 遺伝子リスト特徴抽出ツール -InvDB Enrichment Analysis Tool (HEAT) 入力された遺伝子セットに共通な特徴を探すツール解析対象となるアノテーション項目 : InterPro ドメイン Gene Ontology (GO) KEGG pathway Chromosomal band

57 H-InvDB 遺伝子リスト特徴抽出ツール -InvDB Enrichment Analysis Tool (HEAT) 入力された遺伝子セットに共通な特徴を探すツール解析対象となるアノテーション項目 : InterPro ドメイン Gene Ontology (GO) KEGG pathway Chromosomal band Gene family SCOP( 立体構造ドメイン ) 細胞内局在予測 (Wolf PSORT) 組織特異的遺伝子発現 (H-ANGEL) プロモータ領域配列モチーフ (JASPAR) 実行ボタンにて公開中統合データベースからの知識発見支援ツール ( ここに遺伝子リストを投入 57 57

58 遺伝子リスト特徴抽出ツールの実行例投入した遺伝子名 : 糖尿病関連遺伝子 6 個 ( ADIPOQ, CAPN10, PPARG, TCF7L2, HNF4A, HHEX ) * ダウンロード * アノテーション項目頻度スコア *Fisher の正確確率 58 58

59 5.H-InvDB の活用 ( デモ実習 ) 実際に検索システムの使用例をご紹介します!

60 H-InvDB 検索機能トップページに 6 つの検索機能 1 簡易検索 ID/ キーワード検索 eg. ABO 2 複合検索 16 の検索コンテンツ詳細なテキストキーワード ID 検索 3 染色体マップ対応するゲノムマップへリンク 4BLAST 検索配列の相同性による検索 5H-InvDB ナビ検索ナビゲーション 6 サイト内検索ドキュメント等検索 60

61 デモ 1 血液型遺伝子入力 : 血液型に関係する遺伝子 (1 件 ) ABO 使用例 : a.simple search で遺伝子名検索 ABO b. 検索結果から Locus view 画面を開く c. Locus view 画面で遺伝子情報を参照 d.varysysdb で多型情報を参照 e.protein view 画面で Info タブ実験リソース ( クローン抗体 ) 情報を参照 61

62 デモ 2 肺がん遺伝子入力 : 肺がんに関係する遺伝子候補 (10 件 ) FTSJ2,LIMD1,POLR2J,SP4,RASSF5, WFDC2,NIPBL,LAMC1,PDCD4,RAP2B 使用例 : a. 複合検索で遺伝子名検索 FTSJ2 b. 検索結果からLocus view 画面を開く c. Transcript view 画面, Functionタブで遺伝子機能を参照 d.diseaseinfo Viewerで疾患関連情報を参照 e.h-angelで遺伝子発現情報を参照 f. ( 応用 )HEATで遺伝子 10 件の特徴を抽出 62

63 デモ 3 塩基配列検索入力 : 塩基配列 fastaファイル (24 件 ) 使用例 : a.blastで既存遺伝子にヒットするか検索 b. 検索結果からTranscript view 画面を開く c. Transcript view 画面で遺伝子情報を参照 d.transcript viewのfunctionタブで遺伝子機能を参照 e.subcellularタブで細胞内局在情報を参照 f. GTOPタブでタンパク質立体構造情報を参照 g.diseaseinfo Viewerで疾患関連情報を参照 63

64 実習用課題課題 1 肺がん遺伝子名で検索課題 2 肺がん遺伝子情報参照課題 3 疾患名 : 糖尿病で検索課題 4 複合検索を実行課題 5 肺がん遺伝子特徴抽出

65 課題 1 肺がん遺伝子で検索 Simple search でキーワード PDCD4 で検索した時のヒット件数は? 65

66 課題 2 肺がん遺伝子情報参照課題 1 で検索した HIX の Locus view 画面を参照し HIX ID, 染色体番号 Definirion と category を示せ 66

67 課題 3 疾患名 : 糖尿病で検索 Simple search でプルダウンメニューから疾患名 [OMIM title] を選択しキーワード diabetes で検索した時のヒット件数とトップヒットの ID は? 67

68 課題 4 複合検索を実行複合検索 New advanced search で下記条件で検索した時のヒット件数とヒットした ID は? 検索コンテンツ遺伝子構造 = 染色体 Y 選択検索コンテンツ細胞内局在 = ミトコンドリア検索コンテンツ遺伝子発現 = 神経系で高発現 (>=50%) 68

69 課題 5 肺がん遺伝子特徴抽出肺がん関連遺伝子 (10 件 ) を入力し HEAT を実行した場合に最も特徴的な機能情報は? FTSJ2,LIMD1,POLR2J,SP4,RASSF5, WFDC2,NIPBL,LAMC1,PDCD4,RAP2B 69

70 H-InvDB の URL はこちら hinv.jp

71 課題 1 肺がん遺伝子で検索 Simple search でキーワード PDCD4 で検索した時のヒット件数は? ( 回答 ) HIT 13 件 HIX 1 件 71

72 課題 2 肺がん遺伝子情報参照課題 1 で検索した HIX の Locus view 画面を参照し HIX ID, 染色体番号 Definirion と category を示せ ( 回答 ) HIX , chr10q25.2, Definition: Programmed cell death protein 4 他 Category: Identical to known human protein (Category I). 72

73 73

74 課題 3 疾患名 : 糖尿病で検索 Simple search でプルダウンメニューから疾患名 [OMIM title] を選択しキーワード diabetes で検索した時のヒット件数とトップヒットの ID は? ( 回答 ) 件数 HIT 121 件 HIX 15 件 ID HIX HIT HIP Glucokinase; Hexokinase type IV; Hexokinase-4; Hexokinase-D;. 74

75 課題 4 複合検索を実行複合検索 New advanced search で下記条件で検索した時のヒット件数とヒットした ID は? 検索コンテンツ遺伝子構造 = 染色体 Y 選択検索コンテンツ細胞内局在 = ミトコンドリア検索コンテンツ遺伝子発現 = 神経系で高発現 (>=50%) ( 回答 ) 件数 HIX 3 件 ID HIX HIX HIX

76 76

77 課題 5 肺がん遺伝子特徴抽出肺がん関連遺伝子 (10 件 ) を入力し HEAT を実行した場合に最も特徴的な機能情報は? FTSJ2,LIMD1,POLR2J,SP4,RASSF5, WFDC2,NIPBL,LAMC1,PDCD4,RAP2B ( 回答 ) JASPAR: MA TFAP2A 77

78 78

プロジェクト概要ーヒト全遺伝子データベース（H-InvDB）の概要と進展

プロジェクト概要ーヒト全遺伝子データベース（H-InvDB）の概要と進展個別要素技術 2 疾患との関連情報の抽出予測のための技術開発平成 20 年 11 月 18 日産業技術総合研究所バイオメディシナル情報研究センター分子システム情報統合チーム今西規 1 個別要素技術 2 課題一覧 1 大量文献からの自動知識抽出と文献からの既知疾患原因遺伝子情報の網羅的収集 2 疾患遺伝子情報整備と新規疾患遺伝子候補の予測 3 遺伝子多型情報整備 1 大量文献からの自動知識抽出と

プロジェクト概要 ー ヒト全遺伝子 データベース（H-InvDB）の概要と進展

プロジェクト概要ーヒト全遺伝子データベース（H-InvDB）の概要と進展