(57)【要約】  【課題】複雑な遺伝子間のネットワーク等の遺伝子相関関係をできるだけ分かり易く表示する新しい手法を提供すること。  【解決手段】上記課題は、ある遺伝子とその遺伝子に関連する複数の遺伝子との相関関係を表示する遺伝子相関関係表示方法であって、各遺伝子に相関関係情報を与えて遺伝子を分類する工程、注目する遺伝子をある円の中心に配置するとともに、その同心円上に、上記分類工程によって与えられた分類情報に基づいて遺伝子を階層化して配置する工程、及び、擬似力学的パラメーターを利用して同じ階層内と異なる階層間に位置する遺伝子に相互作用運動を行なわせることによって各遺伝子を再配置させる工程を含むことを特徴とする遺伝子相関関係表示方法によって解決される。  【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある遺伝子とその遺伝子に関連する複数の遺伝子との相関関係を表示する遺伝子相関関係表示方法であって、各遺伝子に相関関係情報を与えて遺伝子を分類する工程、注目する遺伝子をある円の中心に配置するとともに、その同心円上に、上記分類工程によって与えられた分類情報に基づいて遺伝子を階層化して配置する工程、及び、擬似力学的パラメーターを利用して同じ階層内と異なる階層間に位置する遺伝子に相互作用運動を行なわせることによって各遺伝子を再配置させる工程を含むことを特徴とする遺伝子相関関係表示方法。
【請求項２】
前記相関関係情報として、遺伝子間の相互作用情報を用いて遺伝子ネットワークを表示する前記請求項１に記載の遺伝子相関関係表示方法。
【請求項３】
前記相関関係情報として、各遺伝子間の相互作用関係をホップ数で表し、中心に選択された遺伝子を配置し、ホップ数に対応して階層化された複数の同心円上にそのホップ数に対応する遺伝子を配置して表示させるようにする前記請求項２に記載の遺伝子相関関係表示方法。
【請求項４】
前記相関関係情報として、遺伝子間の類似性情報を用いる前記請求項１に記載の遺伝子相関関係表示方法。
【請求項５】
複数の遺伝子情報データベースと接続して、様々な遺伝子情報を利用できるようにした前記請求項１〜４のいずれかに記載の遺伝子相関関係表示方法。
【請求項６】
遺伝子間の制御・被制御関係を矢印付の線分で表示し、新規な遺伝子経路の発見を容易にする前記請求項１〜３のいずれかに記載の遺伝子相関関係表示方法。
【請求項７】
前記新規な遺伝子経路を示す線分を強調して表示する前記請求項６に記載の遺伝子相関関係表示方法。
【請求項８】
中心に配置する遺伝子を変更することによって、使用者の要求に応じた遺伝子相関関係を表示できるようにした前記請求項１〜７のいずれかに記載の遺伝子相関関係表示方法。
【請求項９】
相関関係の最も多い遺伝子を自動的に中心に配置するようにした前記請求項１〜８のいずれかに記載の遺伝子相関関係表示方法。
【請求項１０】
ある遺伝子とその遺伝子に関連する複数の遺伝子との相関関係を表示する遺伝子相関関係表示装置であって、各遺伝子に相関関係情報を与えて遺伝子を分類する手段、注目する遺伝子を選択する手段、注目する遺伝子をある円の中心に配置するとともに、その同心円上に、上記分類手段によって与えられた分類情報に基づいて遺伝子を階層化して配置するように各遺伝子の座標を計算する階層化配置座標計算手段、上記階層化座標計算手段によって得られた座標情報に基づいて各遺伝子を画面に表示する手段、擬似力学的パラメーターを利用して同じ階層内と異なる階層間に位置する遺伝子に相互作用運動を行なわせることによって各遺伝子を再配置させるように各遺伝子の座標を計算する再配置座標計算手段、上記再配置座標計算手段によって得られた座標情報に基づいて各遺伝子を画面に表示する手段を含むことを特徴とする遺伝子相関関係表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子相関関係表示方法およびその装置に関し、詳しくは、遺伝子ネットワークを形成する複数の遺伝子間の相関関係を判別・操作・解析に適した形式でダイナミックに表示する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遺伝子配列決定技術の急速な進展により、膨大な量の遺伝子の配列情報が蓄積されつつある。これに伴い、各遺伝子の生物学的情報も集積されてきた（ヒトゲノム計画により判明した、ヒトの遺伝子数はおよそ３万と言われている）。最近では、このような大量の遺伝子情報に基づいて遺伝子間ネットワークの研究が盛んに行なわれているが、遺伝子間ネットワークの研究では、大量の遺伝子情報を効率良く整理して判別し易い形態で表現することが必要である。各種生体機能に係わる遺伝子が日々解析され、ＤＤＢＪ、ＧｅｎＢａｎｋ、ＥＭＢＬ、ＫＥＧＧ、ＰＤＢ等のデータベース又はウェッブサイトに登録されていく一方、このような複雑な遺伝子間ネットワークを俯瞰的に眺めることはますます難しくなっている。これは、遺伝子がＮあればその間のあり得る経路は遺伝子数の２乗に比例して増えるからである。たとえば１００種の遺伝子の相互関係は、関係に方向性をもたせなくても最大２３５０本の線分が描きうる。
【０００３】
従来から、遺伝子間のネットワークを二次元に静的な線分図として表示する手法が用いられている。従来は遺伝子間の相関関係を図示するために、特定の遺伝子に着目し、その遺伝子と相互作用する遺伝子を手動で二次元的に配置することによって遺伝子間のネットワークを表示していた（例えば、図１Ａ参照）。しかしながら、図１Ａから明らかなように、遺伝子の影響の関係を線分で示すだけでは、小さな空間に多数の遺伝子を配置すると遺伝子やその関連が乱雑で分かりにくいものになる。また、このような線図を、コンピュータにより自動的に表示するシステムでは、全ての関連を表示するために非常に大きな２次元平面が必要であったり、観察者にとって把握が難しいディスプレイ上の擬似的立体空間への配置を行う必要もあった。
【０００４】
ディスプレイ上に表示する遺伝子シンボルをばねのような力学的モデルで結びつけて自動的に分散させる手法も提案されている（非特許文献１："Graph drawing by force-directed placement", T. M. J. Fruchterman and E. M. Reingold, Software-Practice and Experience, 1992, 21, 1129-1164）。しかし、この方法では、遺伝子の数が多い場合はランダムに配置した場合と同じような効果しか得られていない。他方、特開２００３−１７３３７号公報（特許文献１）には、染色体上の位置を反映させるように関連遺伝子を環状に表示する遺伝子ネットワーク表示方法及び装置が開示されている。しかし、この方法では、複数の遺伝子の配置を視認性良く表示する手法については記載されていない。
【特許文献１】特開２００３−１７３３７号公報
【非特許文献１】"Graph drawing by force-directed placement", T. M. J. Fruchterman and E. M. Reingold, Software-Practice and Experience, 1992, 21, 1129-1164
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような状況において、複雑な遺伝子間のネットワーク等の複数遺伝子の相関関係をできるだけ分かり易く表示する新しい手法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ディスプレイ上に関連遺伝子群の位置関係を表示する際に、擬似力学的パラメーターを利用することによって平面配置を極めて効率化できるという知見に基づくものである。すなわち、本発明は、次に示すような相関関係表示方法及びその装置を提供する。
（１）ある遺伝子とその遺伝子に関連する複数の遺伝子との相関関係を表示する遺伝子相関関係表示方法であって、各遺伝子に相関関係情報を与えて遺伝子を分類する工程、注目する遺伝子をある円の中心に配置するとともに、その同心円上に、上記分類工程によって与えられた分類情報に基づいて遺伝子を階層化して配置する工程、及び、擬似力学的パラメーターを利用して同じ階層内と異なる階層間に位置する遺伝子に相互作用運動を行なわせることによって各遺伝子を再配置させる工程を含むことを特徴とする遺伝子相関関係表示方法。
（２）前記相関関係情報として、遺伝子間の相互作用情報を用いて遺伝子ネットワークを表示する前記（１）に記載の遺伝子相関関係表示方法。
（３）前記相関関係情報として、各遺伝子間の相互作用関係をホップ数で表し、中心に選択された遺伝子を配置し、ホップ数に対応して階層化された複数の同心円上にそのホップ数に対応する遺伝子を配置して表示させるようにする前記（２）に記載の遺伝子相関関係表示方法。
【０００７】
（４）前記相関関係情報として、遺伝子間の類似性情報を用いる前記（１）に記載の遺伝子相関関係表示方法。
（５）複数の遺伝子情報データベースと接続して、様々な遺伝子情報を利用できるようにした前記（１）〜（４）のいずれかに記載の遺伝子相関関係表示方法。
（６）遺伝子間の制御・被制御関係を矢印付の線分で表示し、新規な遺伝子経路の発見を容易にする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の遺伝子相関関係表示方法。
（７）前記新規な遺伝子経路を示す線分を強調して表示する前記（６）に記載の遺伝子相関関係表示方法。
（８）中心に配置する遺伝子を変更することによって、使用者の要求に応じた遺伝子相関関係を表示できるようにした前記（１）〜（７）のいずれかに記載の遺伝子相関関係表示方法。
（９）相関関係の最も多い遺伝子を自動的に中心に配置するようにした前記（１）〜（８）のいずれかに記載の遺伝子相関関係表示方法。
【０００８】
（１０）ある遺伝子とその遺伝子に関連する複数の遺伝子との相関関係を表示する遺伝子相関関係表示装置であって、各遺伝子に相関関係情報を与えて遺伝子を分類する手段、注目する遺伝子を選択する手段、注目する遺伝子をある円の中心に配置するとともに、その同心円上に、上記分類手段によって与えられた分類情報に基づいて遺伝子を階層化して配置するように各遺伝子の座標を計算する階層化配置座標計算手段、上記階層化座標計算手段によって得られた座標情報に基づいて各遺伝子を画面に表示する手段、擬似力学的パラメーターを利用して同じ階層内と異なる階層間に位置する遺伝子に相互作用運動を行なわせることによって各遺伝子を再配置させるように各遺伝子の座標を計算する再配置座標計算手段、上記再配置座標計算手段によって得られた座標情報に基づいて各遺伝子を画面に表示する手段を含むことを特徴とする遺伝子相関関係表示装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の表示方法を利用することによって、これまでは複雑で理解が難しかった遺伝子間ネットワークの関係を分かりやすく表示することができる。また、表示されたネットワークを検索することにより、新しい遺伝子間の相互作用関係を発見することができる。
また、選択した遺伝子を標示ディスプレイの中心に配置することにより、その遺伝子に相互作用関係の深い遺伝子を分かりやすく図示し、その周囲のネットワークを線分として分かりやすく表現することができる。このことで、ある遺伝子に着目した場合のネットワークの構造を動的に示すことができ、新しい遺伝子情報の発見に役立てることができる。
【００１０】
さらに、複数の同心円上に階層的に配置した遺伝子を、同じ階層内と、異なる階層間で、物理現象を模した法則でコンピュータにより自動再配置させる。このような運動によって図の閲覧者がどの遺伝子がどの程度の相互作用関係で関連しているかを判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の遺伝子相関関係表示方法について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（遺伝子分類工程）
本発明の遺伝子相関関係表示方法によれば、まず、各遺伝子に相関関係情報を与えて分類する。ここで用いられる相関関係情報とは、ある遺伝子が他の遺伝子とどの程度の関連性があるかを示す一連の情報をいい、例えば、遺伝子間相互作用情報（又は遺伝子産物の相互作用情報）、その遺伝子が制御する遺伝子の数、その遺伝子を制御する遺伝子の数、制御・非制御作用間に介在する遺伝子の数、関連する遺伝子名、染色体上の位置関係情報、類似性情報（例えば、関与疾患情報、相同性情報、進化関連情報等）、発現臓器のトポロジー、発生における発現時期等が挙げられる。このように分類するための遺伝子情報としては、上記相関関係情報以外に遺伝子の基礎情報として、遺伝子名、遺伝子のタイプ（あるいは遺伝子産物のタイプ：例えば、受容体、酵素、転写調節因子、ホルモン、サイトカイン等）、登録データベースの種類・アクセッション番号、その遺伝子が関与する疾患情報、種別（ヒト、ラット、マウス等）、研究論文のリスト，ジーンチップによる発現データ、分子量、現在知られている化学修飾（リン酸化、ユビキチン化、プロテアーゼによる分解部位、ニトロシル化、メチル化、SS結合等）、機能する際に必要とする補助因子等の情報を付加することができる。参考のため、本発明で用いられる遺伝子分類法によって、関連遺伝子を分類したリストを図３に示す。
【００１３】
遺伝子間ネットワークにおいて最も重要な情報の一つは、ある遺伝子が他の遺伝子を制御しているか、あるいは他の遺伝子から制御されているかという制御・非制御関係情報である。また、ある遺伝子が他の遺伝子を直接制御しているのか間接的に制御しているかといった情報も、それらの遺伝子又はその遺伝子産物の機能を亢進又は抑制する医薬の研究のために役に立つ。このため、各遺伝子に相関関係情報を与える場合には、遺伝子間の相互作用が直接的であるか、間接的であるかといった情報は特に重要である。
【００１４】
例えば、相関関係情報として相互作用情報に着目すると、ある遺伝子が他の遺伝子を直接相互作用する場合に最も高く、他の遺伝子を介して相互作用する場合に低くなるようにスコアリングする。例えば、遺伝子Ａが遺伝子Ｂと直接相互作用する場合、関連度は「０」、遺伝子Ｂと直接相互作用するが遺伝子Ａとは直接相互作用しない遺伝子Ｃは、遺伝子Ａと関連度「−１」とする。また、このような相関関係の評価は、互いに直接相互作用する遺伝子間Ａと遺伝子Ｂとの間の関係を１ホップとして、遺伝子Ａに対して遺伝子Ｂはホップ数１の関係にあると定義し、遺伝子Ｂとは直接相互作用するが、遺伝子Ａとは直接相互作用しない遺伝子Ｃの場合、遺伝子Ｃは遺伝子Ａに対してホップ数２の関係にあると定義することもできる。このようにして得られた遺伝子分類情報を次工程の遺伝子階層化表示工程で用いる。
【００１５】
（遺伝子階層化表示工程）
上記のようにして遺伝子分類工程によって遺伝子を分類した後は、注目する遺伝子を選択し、この注目遺伝子をある円の中心に配置させて表示させるとともに、その円の同心円上に、注目遺伝子と相関関係のある遺伝子を上記分類工程で得られた分類情報（例えば、上記ホップ数）に基づいて階層化表示する。なお、「遺伝子を表示する」とは、その遺伝子あるいは遺伝子産物を記号化して画面上に表示することをいう。遺伝子あるいは遺伝子産物の記号化は、遺伝子を点、丸、三角、□などの記号とすることをいい、その遺伝子の重要性に応じて、記号の大きさを調整したり、視認性の良い色を使用したりすることができる。本発明では、遺伝子を記号表示する代わりに相関関係を示す線分の結節点をもって遺伝子の位置を表示することもできる。また、上記分類情報において、遺伝子産物の情報も与えられている場合は、遺伝子産物（タンパク質）の相関関係を表示することができ、プロテオーム解析に有効に利用することができる。
【００１６】
具体的には、上記遺伝子Ａ、Ｂ及びＣの遺伝子間ネットワークを同心円上に表示する場合は、遺伝子Ａを円の中心とした場合、遺伝子Ｂは最内部の円上に、遺伝子Ｃは２番目に内側の円に配置される。ある遺伝子が中心の遺伝子と複数の関連度で相互作用する場合、最も高い関連度を採用して全ての遺伝子を同心円上に配置する。このように、関連遺伝子を同心円上に、しかも、関連度の強い順に、中心に表示される注目遺伝子に近い位置に配置し表示させるので、その遺伝子に注目したときに他の遺伝子がその遺伝子とどの程度の強さの相関関係（相互作用）を有しているのかが判別し易くなる。
【００１７】
このような階層化表示に際しては、遺伝子間の相互作用を矢印付の線分で表示すると、各遺伝子間の相互作用情報をより明確に表示することができる。例えば、直接相互作用する遺伝子同士を矢印付の線分で結び、矢印の先にある遺伝子を制御される遺伝子として表示する。また、二つの遺伝子を結ぶネットワークは、情報の流れの方向に沿って線分で示されるが、ホップ数に従って色分け表示することもでき、このように色分け表示することによって線分が交叉しても相関関係を判別し易くすることができる。例えば、青い点は他の遺伝子を制御する遺伝子と設定する。緑の点は他の遺伝子からの制御を受けて自らは他を制御しない遺伝子と設定する。赤い点は他から制御されつつ他の遺伝子を制御する遺伝子と設定することができる。
【００１８】
参考のため、階層化表示工程を図１Ｂに基づいて説明する。図１Ｂは、本発明により、遺伝子間ネットワークを表示させた静止図である。図１Ｂに示したようにユーザーにより選択された遺伝子を中心に置き、同心円を描く。その遺伝子と直接制御・被制御関係にあるホップ数１の遺伝子を最も内側の同心円上に配置する。選択された遺伝子と直接は制御・被制御関係にはないが、他の遺伝子を介して選択された遺伝子と制御・被制御関係にあるホップ数２の遺伝子を内側から２番目の同心円上に配置する。更に制御・被制御関係のホップ数によって他の遺伝子の配置を決めていく。このとき、図１Ｂに示すように、遺伝子Ａを円の中心とした場合、遺伝子Ｂは最内部の円上に、遺伝子Ｆは２番目に内側の円に配置される。また、遺伝子同士が直接制御・被制御関係にある場合、すなわち、ホップ数が１である場合、その遺伝子同士は線分で結ばれる。線分の下流側にある遺伝子は、被制御遺伝子である。ここで、遺伝子Ｃは、中心の遺伝子Ａと直接、制御・被制御の関係にあり、その観点では、ホップ数が１である。しかしながら、遺伝子Ｃは遺伝子Ｂ及び遺伝子Ｅを介して、中心の遺伝子Ａと間接的に制御・被制御関係にあり、ホップ数が３である。このように、中心の遺伝子とのホップ数が複数ある場合は、最も小さいホップ数の階層を採用して、そのホップ数に応じた同心円上に、その遺伝子を配置する。したがって、遺伝子Ｃはホップ数１の同心円上、すなわち、最内部の同心円上に配置されることになる。この手法の利点は、ユーザーが選択した遺伝子からのホップ数に対応して階層化された同心円上に、他の遺伝子を配置することで、多くの遺伝子が選択された遺伝子との制御・被制御関係を把握しやすくなると言うことである。  また、遺伝子同士が線分で結ばれているため、制御・被制御関係が線分の向きにより把握しやすくなるという利点もある。
【００１９】
なお、本発明においては、通常、同心円上に関連遺伝子を配置し、表示させるが、ここでいう「同心円」には、同心上の楕円や同心上の多角形を含む意味で用いられる。また、ここでいう「同心円」は、通常、２次元で表示されるが、同心円を３次元で表現する場合（すなわち同心の球面上で表示する場合）をも含む意味で用いられる。
【００２０】
（再配置表示法）
上記のような階層化表示によって遺伝子間ネットワークの全体像が把握しやすくなるが、関連遺伝子の数が増加し、また各遺伝子間の相関関係が複雑になってくると、ある遺伝子と他の遺伝子との相関関係が把握しにくくなる。また、場合によっては、同じ階層に存在する遺伝子の数が多くなれば相互に重なり合って遺伝子名を読みとることも困難になる場合がある。そこで、本発明においては、ではそれぞれの遺伝子に擬似力学的なパラメーターをもたせ、物理的な相互作用を模倣することでダイナミックに再配置できるようにしている。
【００２１】
すなわち、本発明の遺伝子相関関係表示方法においては、上記のように各遺伝子を階層化表示した後に、擬似力学的パラメーターを利用して同じ階層内と異なる階層間に位置する遺伝子に相互作用運動を行なわせることによって各遺伝子を再配置させる工程を含む。ここで、「擬似力学的パラメーターを利用して遺伝子に相互作用運動を行なわせる」とは、質量、摩擦係数、バネ定数、バネの長さの初期値、電荷の値等の力学的パラメーターを用いて、例えば、対象となる遺伝子間にクーロン力、バネモデルによる弾性力などを擬似的に適用することによって対象遺伝子間の表示位置を調整することをいう。例えば、同じ階層にある遺伝子の場合は、それらの遺伝子を同じ電荷を有した荷電粒子とみなし、距離の２乗に反比例する斥力（クーロン力）によって対象遺伝子間の距離を調整する。一方、他の階層にあって相互作用関係を有する遺伝子同士は距離に比例するバネモデルによる引力及び斥力（弾性力）を働かせるようにして、表示位置を調整する。
【００２２】
以下、本発明の表示方法において、ダイナミックに再配置させる原理について説明する。
【００２３】
まず、本発明で用いられている力学的パラメーターとしては、例えば、（１）質量、（２）摩擦係数、（３）バネ定数、（４）バネの長さの初期値、（５）電荷の値等が挙げられる。同一階層に存在する遺伝子間についてこれらの力学的パラメーターを適用する場合は、例えば、同一階層に存在する遺伝子に同じマイナス電荷を持たせることによって、遺伝子同士は互いの距離の２乗に反比例する斥力（クーロン力）によって自動的に分散させることができる（クーロンの法則：F = k q1 q2 / r2）。
【００２４】
一方、直接相互作用する遺伝子間について上記力学的パラメーターを適用する場合、直接相互作用関係のある遺伝子同士は、ばねで結ばれた両端のように互いの距離に比例する力（弾性力）によって、自動的に、離れると引き合い、近づきすぎると反発するように力学的相互作用をもたせる（フックの法則：F = k x）。
【００２５】
次に、各力学的パラメーター値の設定方法について説明する。「質量」は、各遺伝子同士が同心円上を動く際に軌道（レールを模したもの）から受ける摩擦力を考慮するために、力学的パラメーターとして与える。本発明における各遺伝子の質量の値は、ある遺伝子が直接相互作用する遺伝子の数に比例した値に設定している。これは多くの遺伝子と相互作用する場合，それらから加速度を得て不規則な運動になってしまうこと、あまりにも速く動きすぎて画面上でとらえられなくなることがあるためである。また、運動の速度によってその遺伝子がネットワーク上で重要な位置を占めているかどうかを示す効果も期待している。「摩擦係数」は上述したように、各遺伝子同士が同心円上を動く際に軌道（レールを模したもの）から受ける摩擦力を考慮するために、力学的パラメーターとして与えるものであるが、これは任意の値を設定することができる。「バネ定数」は、直接相互作用関係に働く弾性力を考慮するために、力学的パラメーターとして与えるものである。これは任意の値に設定することができる。「バネの長さの初期値」は、ある遺伝子と一つ異なる階層に存在する遺伝子の場合、バネの長さの初期値は二つの階層（同心円）の半径の差に設定する。これによって、互いに一つ階層が異なる二つの遺伝子だけのことを考えた場合、バネが自然長の長さであるため、最接近した位置で働く力は０に安定する。同じ階層に存在する遺伝子同士の場合、階層間の距離は０なのでそのままにしてしまうと同じ場所に重なってしまう。そのため、バネの長さの初期値は、例えば、中心からの半径の１／２に設定することができる。そして、「電荷の値」は、同一階層に存在する遺伝子間に働くクーロン力を考慮するために、力学的パラメーターとして与えるものであり、任意の値を用いることができる。
【００２６】
このモデルでは、遺伝子数が少ない場合は力学的な安定点である局所最適解に落ち着くことが期待される。また、遺伝子数が大きい場合では安定点の数も多く最適な配置には必ずしもならない場合もあるが、力学的法則にしたがって移動するアニメーションを表示することにより、交叉した線分も、どの線分がどの方向からのものであるかがわかりやすくなっている。
【００２７】
具体的には、図２Ａに示すように、各遺伝子はそれぞれの位置を基準として、物理的な作用を模した影響をそれぞれの位置に受ける。同一軌道上にある遺伝子同士は同じ電荷を持つ粒子がうける電磁気力を模した力を受け、違う軌道にあり、直接の関連のある遺伝子同士はばねで結ばれた両端のように離れると引き合い、近づきすぎると反発する。このような作用を全ての遺伝子に加え、一定時間後の平衡状態を得ると自動的にネットワークが解読しやすい形で分散する。またこのときの再配置の過程のアニメーションを表示することでそれぞれの遺伝子がどのように他の遺伝子と関連しているかを判別しやすくなる。その結果、図２Ｂに示すように、各同心円上に配置された遺伝子は、その同心円軌道に沿って移動することができる。このように各遺伝子の移動に制限を加えることによって一ヶ所に遺伝子が密集して判別が難しくなることを防ぐことができる。
【００２８】
ユーザーはディスプレイ上でこのネットワークにおいて、自分の注目する遺伝子を指示することでそれぞれの遺伝子の位置を軌道上の好きな位置に配置し直すことができ、この運動に対応してリアルタイムに遺伝子の配置が変化する。また、遺伝子間の関係全てを同時に示す方法だけでなく、指定した遺伝子との関連度の程度によって遺伝子間の関係を選択して示すこともできる。更に、このネットワーク中で複数の遺伝子を選択した際、それらの遺伝子が共有する相互作用経路を表示することができる。このようにすることである遺伝子と一定の関連を持つ遺伝子を列挙し、新しいネットワークの発見、解析が可能になる。
なお、本発明によって得られたネットワーク図の一部を静止画として表示し、必要に応じてプリンアウトすることもできる。また、このような表示方法によって得られた遺伝子ネットワーク情報は、出版物として発行することもできるし、必要に応じてインターネットを介して公衆に提供することもできる。
【００２９】
（遺伝子相関関係表示装置）
次に、本発明の遺伝子ネットワーク表示装置について図面に基づいて説明する。
図４は、本発明の一実施態様に係る遺伝子相関関係表示装置の構成を示す図である。図４に示す本発明の遺伝子相関関係表示装置は、中央演算処理装置１、記憶装置２、入力装置３及び表示装置４を備えてなるコンピューターシステムである。
【００３０】
中央演算処理装置１は、例えば、記憶装置２に格納されるシステムプログラムおよび当該システムに対応する各種アプリケーションプログラムの中から指定されたアプリケーションプログラムをＲＡＭ１７内のプログラム展開エリアに一時的に格納する。そして、入力装置３から入力される入力指示または入力データに応じて記憶装置２に格納されたアプリケーションプログラムに従って各種処理を実行し、その処理結果をＲＡＭ１７に格納すると共に、必要に応じて表示装置４に表示する。また、ＲＡＭ１７に格納した処理結果を入力装置３から入力される指示に応じて記録装置２内の指示された保存先に保存する。
【００３１】
記憶装置２は、上記システムプログラムや各種アプリケーションプログラムを格納する装置であり、例えば、磁気的記録媒体、光学的記録媒体、半導体メモリ等を備えた記憶装置である。記憶装置２は、上記システムプログラムやアプリケーションプログラム以外に、本発明によって遺伝子ネットワーク等を表示させるための遺伝子情報も格納する。記憶装置２に格納するデータとしては、例えば、ＤＤＢＪ、ＧｅｎＢａｎｋ、ＥＢＩ、ＫＥＧＧ、ＰＤＢ等などの遺伝子情報データベース、タンパク質情報データベース等のデータを利用することができる。本発明の好ましい態様によれば、中央演算処理装置１を複数のデータベースに接続し、必要に応じて必要なデータを利用できるようにすることが好ましい。公開データベースへの接続は、電話回線、インターネット回線等の回線を利用することができる。この場合は、中央演算処理装置１に、モデム、ターミナルアダプタ等の通信制御装置を接続して、外部機器と通信を行なう。
【００３２】
中央演算処理装置１は、本発明の遺伝子相関関係表示方法に基づいて遺伝子ネットワーク等を表示するための各種演算をするための手段を有し、例えば、各種遺伝子をその相関関係情報に基づいて分類する遺伝子分類手段１１、注目する遺伝子を選択する遺伝子選択手段１２、注目する遺伝子をある円の中心に配置するとともに、その同心円上に、上記分類手段によって与えられた分類情報に基づいて遺伝子を階層化して配置するように各遺伝子の座標を計算する階層化配置座標計算手段１３、上記階層化座標計算手段によって得られた座標情報に基づいて各遺伝子を画面に表示する手段１４を有する。中央演算処理装置１は、さらに、擬似力学的パラメーターを利用して同じ階層内と異なる階層間に位置する遺伝子に相互作用運動を行なわせることによって各遺伝子を再配置させるように各遺伝子の座標を計算する再配置座標計算手段１５、上記再配置座標計算手段によって得られた座標情報に基づいて各遺伝子を画面に表示する手段１６を備えている。なお、中央演算処理装置１は、遺伝子分類手段１１によって得られる分類情報、階層化配置座標計算手段１３によって得られた座標情報、再配置座標計算手段１５によって得られる座標情報等を必要に応じて、ＲＡＭ１７に一次的に記憶させる。
【００３３】
入力装置３は、遺伝子ネットワーク表示装置の使用者の入力操作に基づいて信号を生成し、中央演算処理装置１に出力する装置である。入力装置３としては、例えば、カーソルキー、数字入力キー等を有するキーボード、マウス、トラックボール等のポインティングデバイスが挙げられ、これらは組み合わせて用いることもできる。表示装置４は、中央演算処理装置１から指示される画像データ等を表示する装置であり、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイなどが挙げられる。なお、本発明において用いられる表示装置のハードウエア構成は、上記の通りであるが、当業者の技術常識に基づいて適宜必要な手段、装置等を組み込むことができる。
【００３４】
次に、図５に示すフローチャートに基づいて本発明の表示装置の動作について簡単に説明する。まず、入力装置３から必要な情報を中央演算処理装置１に入力し、記憶装置２に格納された遺伝子情報から、必要な遺伝子情報を読み出し、遺伝子分類手段１１によって各遺伝子を分類する（Ｓ１０１）。分類された遺伝子情報は、ＲＡＭ１７に記憶される。この操作が済んでいる場合は、このステップを省略することができる。次に、標的遺伝子名を入力装置３を用いて中央演算装置１に入力することによって標的遺伝子を選択する（Ｓ１０２）。標的遺伝子が選択されると、中央演算処理装置１は、ＲＡＭ１７に記憶された遺伝子分類情報から、その標的遺伝子に関連する遺伝子を抽出し、ホップ数などに応じて、標的遺伝子を中心に、その同心円上に関連遺伝子を階層化して表示するための各遺伝子の座標を計算する（Ｓ１０３）。そして、その計算された座標データに基づいて、階層化遺伝子表示手段１４によって各遺伝子を表示装置４の画面に表示する（Ｓ１０４）。次いで、入力装置３から入力するユーザーの指示に基づいて、あるいは自動的に、中央演算処理装置１は、再配置座標計算手段１５によって再配置する遺伝子の座標を計算する（Ｓ１０５）。次いで、計算された座標データに基づいて、再配置表示手段１６によって、各遺伝子を再配置して表示する（Ｓ１０６）。この再配置表示は、瞬時に遺伝子を移動させて表示してもよいし、アニメーション機能を用いてゆっくりと遺伝子を移動させてもよい。アニメーション機能を用いる場合は、アニメーション中、常に各遺伝子の位置を再計算することになる。この場合は、例えば、アニメーション中、Δtステップの進行に応じて加速度および速度の計算を行なうことにより座標データを更新して各遺伝子の再配置を行う。
ここで、ユーザーが、標的遺伝子以外の遺伝子を中心として、表示することを希望する場合は、その新たな標的遺伝子を選択し、上記ルーチンを繰り返すことによって、所望の遺伝子を中止に配置してその遺伝子を中心として遺伝子相関関係を表示させることができる（Ｓ１０７）。
【実施例】
【００３５】
以下、図６〜図１１に基づいて、本発明の遺伝子相関関係表示装置の一実施例を説明する。
【００３６】
図６は、本発明の実施例に係る遺伝子ネットワーク表示装置における初期画面の一例である。この画面では既に遺伝子の分類及び標的遺伝子の選択が終わっており、標的遺伝子と関連遺伝子が表示されている。すなわち、図６に示す初期画面においては、選択された遺伝子（以下、「中心遺伝子」ともいう）が中心に表示されており、その遺伝子に関連する遺伝子が、その相関関係の度合いに応じて同心円上に配置されている。各遺伝子の情報は、例えば、図７に示すように、その遺伝子をクリックすることによってポッブアップ表示される。図７においては、選択された中心に位置する遺伝子の情報が示されている。ここで、「Name」は遺伝子の名称を示し、「Type」は遺伝子のタイプ（例えば、酵素、受容体、転写調節因子など）を示す。また、「Up」は中心遺伝子を制御する遺伝子の数を、「Down」は標的遺伝子から制御される遺伝子の数を示している。例えば、図７に示される標的遺伝子は、２個の遺伝子から制御され、１個の遺伝子を制御していることが分かる。なお、「hsa: 124 hsa:125 hsa:126 hsa 127 hsa:128 hsa:130 hsa:131」は、標的遺伝子と相関関係のある遺伝子名を示している。
【００３７】
図８は、標的遺伝子を制御している２個の遺伝子及び、標的遺伝子が制御している１個の遺伝子を表示し、相互作用関係（制御・非制御関係）を矢印付の線分で表示させたものである。図８においては、遺伝子ALDH3A1が、遺伝子ADH1Aを制御し、遺伝子ADH1Aは遺伝子C00084を制御することが示されている。
【００３８】
次に、本発明の一実施例に基づく表示装置によれば、ある遺伝子を選択した後キーボードとマウスの操作（例えば、shift キーとcontrol キーを同時に押しながらマウスでクリック）することで二つの遺伝子間の最小経路を判別して描画することができるようにしている。これにより、ある二つの遺伝子がどのように相互作用しているのか、また、その相互作用にはどのような遺伝子が関連している可能性があるのかを判別することができる。図９は、標的遺伝子（ADH1A）と他の遺伝子（hsa38 hsa39）との最短経路を探索した結果を表示させた画面である。二つの遺伝子間の最短経路は、FLJ20581遺伝子を介した経路であることが分かる。
【００３９】
図１０は、図９で示した遺伝子間ネットワークを本発明のアニメーション機能により再配置させた画面である。この実施例では、各遺伝子の質量を１×（相互作用する遺伝子の数）； 摩擦係数を０．１； バネ定数を１； バネの長さは二つの遺伝子が別の円に配置されている場合は配置されている円の半径の差、同じ円の場合はその円の半分の長さ；そして電荷の値を１と設定している。このように配置した遺伝子を同じ階層内と異なる階層間で物理現象を模した法則でアニメーションさせることができる。このような運動によってユーザーはどの遺伝子がどの程度の関連度で関連しているかを容易に判別することができる。またコンピュータの画面を通じたインターフェースによって遺伝子を指定することでその遺伝子に関連の深い遺伝子を図示し、その周囲のネットワークを表現する機能を持たせる。このことである遺伝子に着目した場合のネットワークの構造を動的に示すことができ、新しい知識発見に役立てることができる。
【００４０】
本発明の実施例に基づく表示方法では、マウスの操作により、中心に位置する遺伝子を決定することができる。また、本発明の表示方法では、ある制御遺伝子に注目したとき、その下流側遺伝子を複数回クリックすることでその（下流側の）ホップ数に従って選択することができる。また、コンピュータのキーボードとマウスの操作（例えば、shift キーを押しながらマウスをクリック）によってその遺伝子を制御する上流側の遺伝子を表示することができる。また、キーボードとマウスの操作（controlキーを使用）によって上流と下流の遺伝子関係を同時に表示できるようにしている。図１１は標的遺伝子をユーザーにより変更した状態の画面の一例を示す。このような表示の変更は、目的とする遺伝子をドラッグし、中心部でドロップすることによって簡単に行なうようにすることもできる。
なお、本発明の表示方法及び表示装置を実施する際に参考となる遺伝子ネットワークに関する文献、遺伝子分類に関する文献、バイオインフォマティクスに関する文献、画面表示のプログラミングに関する文献等として、"Complexity management in visualizing protein interaction networks", Byong-Hyon Ju and Kyngsook Han Bioinformatics, 2003, 19, i177-i179及び"An algorithm for drawing general undirected graphs", T. Kamada and S. Kawai, Information Processing Letters, 1991, 31, 7-15等が参考となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、これまでは複雑で理解が難しかった遺伝子間ネットワーク等の関係を分かりやすく表示することができる遺伝子相関関係表示方法とその表示装置を提供することができる。このような遺伝子相関関係表示方法及びその表示装置は、新しい医薬の開発、遺伝子治療方法の開発に有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１Ａは従来例の遺伝子間ネットワークの表示方法により表示された図であり、図１Ｂは本発明の遺伝子間ネットワークの表示方法により表示された静止図である。
【図２】図２Ａは本発明の遺伝子間に力学的パラメーターを与えた状態の図であり、図２Ｂは本発明の遺伝子間ネットワークの表示方法によりダイナミックに表示された図である。
【図３】本発明で用いる遺伝子分類情報リストの一例を示す。
【図４】本発明の遺伝子間ネットワーク表示装置の構成図である。
【図５】本発明の遺伝子相関関係表示装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施態様により遺伝子間ネットワークを表示する初期画面である。
【図７】本発明の一実施態様により中心遺伝の情報表示した画面である。
【図８】本発明の一実施態様により中心遺伝子の上流・下流遺伝子を表示した画面である。
【図９】本発明の一実施態様により二つの遺伝子間の最短経路を探索した画面である。
【図１０】本発明の一実施態様により遺伝子間ネットワークをダイナミックに再表示した画面である。
【図１１】本発明の一実施態様により中心遺伝子を変更した画面である。
【符号の説明】
【００４３】
１  中央演算処理装置
２  記憶装置
３  入力装置
４  表示装置
１１  遺伝子分類手段
１２  遺伝子選択手段
１３  階層化配置座標計算手段
１４  階層化遺伝子表示手段
１５  再配置座標計算手段
１６  再配置表示手段
１７  ＲＡＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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