公共遺伝子発現データベース目次AOEとそれを活用したデータ解析実例
情報・システム研究機構 (ROIS) データサイエンス共同利用基盤施設
ライフサイエンス統合データベースセンター(DBCLS)

坊農 秀雅 <bono@dbcls.rois.ac.jp> https://dbcls.rois.ac.jp/~bono/© 2017 DBCLS Togo Picture Gallery / CC-BY 4.0

ライフサイエンス統合データベースセンター(DBCLS)は、遺伝子発現データベース目次AOE（http://aoe.dbcls.jp/）を開発・維持している。DBCLS SRAのAPIを利用することにより、これまでのEBI ArrayExpressに加えてNCBI Gene
Expression Omnibus (GEO)が目次に加わり、より多くのデータが検索可能となった。ただ検索ツールを作成しただけでは使われにくいため、それらをフル活用したデータ解析研究にも取り組んでいる。演者が長年取り組んできた低酸素刺激による遺伝子発現変動を公共データベースから集めてきてメタ解析を行った研究[1]とその応用事例[2]のほか、昨年の報告以降に公表した4報[3-6]の共同研究による論文で実際に利用された疾患モデルにおける遺伝子発現データ解析に関しても併せて報告する。

参考文献[1] Bono H et al. Biorxiv doi: 10.1101/267310[2] Nakamura H et al. PLoS One. 2018; 13(2):e0192136. doi: 10.1371/journal.pone.0192136[3] Ichino F et al. Drug Discov Ther. 2018; 12(1):7-15. doi: 10.5582/ddt.2018.01004[4] Sumi C et al. Sci Rep. 2018; 8(1):8987. doi: 10.1038/s41598-018-27220-8[5] Sumi C et al. Biorxiv doi: 10.1101/375311[6] Piulats JM et al. Oncotarget. 2018; 9(22):15968-15983. doi: 10.18632/oncotarget.24641

indexデータ作成フロー

All of gene expression (AOE) http://aoe.dbcls.jp/

SRA

DBCLSの遺伝子発現関連サービス

Search bykeyword(+BioProject+BioSample)

INSD

Limit data for
Homo sapiens &Mus musculus
and recent 3years

The International Nucleotide Sequence Database

1. Next generation reads (SRA)
2. Samples(BioSample)
3. Studies(BioProject)
4. Capillary reads
5. Annotated sequence

DDBJ search(DBCLS SRA)
ポスター番号: 3
ArrayExpress

index作成

Ref: http://www.insdc.org/RNA-seq
ChIP-seq

統計値
可視化

microarray

Jump to corresponding
data in original siteGene Expression

塩基配列DB- NCBI- EBI ENA- DDBJ

遺伝子発現DB• NCBI Gene Expression Omnibus (GEO)• EBI ArrayExpress• DDBJ Genomic Expression Archive(GEA)DDBJ ポスター番号: 2リファレンス
データセット作成

DB

Manual data curation

curated hypoxia-normoxia pairs

GeneChip
HumanRNA-seq

37 pairs from 11 data series
53 pairs from 8 data series
23 pairs from 7 data series

up/down/
unchanged
ClassificationDatavisualization& evaluation
Human RNA-seq
Gene
EGR3
FOSB
SDAD1P1
PNRC1
EGR1
DDIT4
BHLHE40
AC147067
AC132938
ZNF295ZCWPW2
S1PR4
PGK1P2
OSER1MAFF
LINC01220
LINC00482
HIST1H2AC
GDF15
FXYD6FOS
FLT4BTG1
ARRDC3AP001065
AC135050
AC106782
AC069528
AC069503
AC007448
ZC3H6
UNC5B
TSPEAR
SPRY1
SEC14L5
RASD1
RASA4B
PADI2
MIR210HG..

東京農工大学大学院農学研究院 天竺桂弘子講師との共同研究[3] Ichino F et al. Drug Discov Ther. 2018; 12(1):7-15.
DOI: 10.5582/ddt.2018.01004

ヒトとカイコ遺伝子の対応表作成
ヒトとカイコガ(Bombyx mori)のトランスポーター
遺伝子群を組織的な配列相同性検索によって同定

Kaiko functional annotation pipeline
Tabunoki H et al. PLoS One 2013 8(7):e69130. DOI: 10.1371/journal.pone.0069130

up
20191717
1717171717161616161616
16
16161616161616161616161616161515151515151515
15

down
20630
662363563663105301335454555467443
6tblastx -db Homo_sapiens.fa -query kaiko.fa-outfmt 6 -evalue 1e-10 -max_target_seqs 1H.sapiens

Sequence

Ka00003

0.1

0.5

CAAATAA.

Ka00005

0.2-1.2

TAGCGA.

Ka00006

0.3

1.0

GGCTTC.

……

……

……

S6 Table. Hypoxic down-regulation of DNA damage recognition and repair
genes in cancer and non-cancer cells analyzed using the NCBI Gene Expression
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0192136.s006
Omnibus database.

Expressionquantification

利用事例3: カイコモデル系を用いてヒト薬物吸収性を評価

op50[2] Nakamura H et al. PLoS One 2018; 13(2):e0192136. doi: 10.1371/journal.pone.0192136

NoRefEx

WT

広島大学原爆放射線医科学研究所 谷本圭司講師のグループとの共同研究[1] Bono H Biorxiv doi: 10.1101/267310
humanGeneChipmousepublic

利用実例2:低酸素トランスクリプトームメタ解析結果の利用

利用実例1:低酸素トランスクリプトームのメタ解析

RefEx ポスター番号: 4B.mori

Limit data to NGSTBLASTX

Sequence

GOID

ENST00000373371

ATTGGCTGC.
.
ENST00000394878 ATGCCCAGG.
.
ENST00000277541 GCGCGTGT...
……

……

11,285 IDs in B.mori

Applicationof metaanalyzed
data

In cancer cells
DOWN
UN
0
23
0
23
0
21
0
20
0
190
19
1
190
19
2
19
1
19
0
19
0
18
3
18
0
18018
1
18
0
18
0
17
1
170
17
4
17
3
170
17
1
160
160
16
1162
16
4
16016216016
4160
150
15015
2150150150150150151150150
140141140140141140
140130130130132130
130131130132130
13012212UP
66891010910891011811111011
1211128912
12
13
13
12
11
913
1113
914
14
1412141414141413141515141515141516161616
1416161516
14161715

In Non-cancer cells
DOWN
UN
16160
60
5151
50
4031202010
7151
50411010
60414120100051505030201011101100606150404040303010010150403020101000404030202020201010000
250
4Gene Symbol
3 GTF2H2
3 GTF2H2C
4 LIG45 ATR
4 ATR
4 SPRTN
6 BRCA1
7 DCLRE1B
7 FEN1
8 PCNA
9 DCLRE1A
3 GTF2H2C
4 LIG44 MSH2
6 RAD51C
8 FEN1
9 UBE2N
4 DCLRE1C
6 FANCI
5 RAD51C
7 UNG9 CHEK1
10 ERCC85 ERCC44 NBN
5 UBE2N
7 PRKDC
8 EXO19 BRIP1
9 FANCF
8 FANCI
9 SETMAR
9 CHEK14 GTF2H24 GTF2H2C
4 XRCC56 DUT
6 GTF2H36 PALB27 BLM
7 TOPBP19 BRCA1
10 CHEK1
9 H2AFX
4 PMS1
6 MLH17 RAD51
8 PARP1
9 CHAF1A
9 FANCL
10 UBE2N
6 GEN1
6 RBBP87 ERCC88 ALKBH2
8 MRE11A
8 OGG18 PRPF199 BRCA2
9 CHAF1A
10 DUT
10 DUT
3 GTF2H16 RAD18Description
general transcription factor IIH, polypeptide 2, 44kDa [Source:HGNC Symbol;Acc:4656]
general transcription factor IIH, polypeptide 2C [Source:HGNC Symbol;Acc:31394]
ligase IV, DNA, ATP-dependent [Source:HGNC Symbol;Acc:6601]
ataxia telangiectasia and Rad3 related [Source:HGNC Symbol;Acc:882]
ataxia telangiectasia and Rad3 related [Source:HGNC Symbol;Acc:882]
SprT-like N-terminal domain [Source:HGNC Symbol;Acc:25356]
breast cancer 1, early onset [Source:HGNC Symbol;Acc:1100]
DNA cross-link repair 1B [Source:HGNC Symbol;Acc:17641]
flap structure-specific endonuclease 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:3650]
proliferating cell nuclear antigen [Source:HGNC Symbol;Acc:8729]
DNA cross-link repair 1A [Source:HGNC Symbol;Acc:17660]
general transcription factor IIH, polypeptide 2C [Source:HGNC Symbol;Acc:31394]
ligase IV, DNA, ATP-dependent [Source:HGNC Symbol;Acc:6601]
mutS homolog 2, colon cancer, nonpolyposis type 1 (E. coli) [Source:HGNC Symbol;Acc:7325]
RAD51 homolog C (S. cerevisiae) [Source:HGNC Symbol;Acc:9820]
flap structure-specific endonuclease 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:3650]
ubiquitin-conjugating enzyme E2N [Source:HGNC Symbol;Acc:12492]
DNA cross-link repair 1C [Source:HGNC Symbol;Acc:17642]
Fanconi anemia, complementation group I [Source:HGNC Symbol;Acc:25568]
RAD51 homolog C (S. cerevisiae) [Source:HGNC Symbol;Acc:9820]
uracil-DNA glycosylase [Source:HGNC Symbol;Acc:12572]
checkpoint kinase 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:1925]
excision repair cross-complementing rodent repair deficiency, complementation group 8 [Source:HGNC Symbol;Acc:3439]excision repair cross-complementing rodent repair deficiency, complementation group 4 [Source:HGNC Symbol;Acc:3436]
nibrin [Source:HGNC Symbol;Acc:7652]
ubiquitin-conjugating enzyme E2N [Source:HGNC Symbol;Acc:12492]
protein kinase, DNA-activated, catalytic polypeptide [Source:HGNC Symbol;Acc:9413]
exonuclease 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:3511]
BRCA1 interacting protein C-terminal helicase 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:20473]
Fanconi anemia, complementation group F [Source:HGNC Symbol;Acc:3587]
Fanconi anemia, complementation group I [Source:HGNC Symbol;Acc:25568]
SET domain and mariner transposase fusion gene [Source:HGNC Symbol;Acc:10762]
checkpoint kinase 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:1925]
general transcription factor IIH, polypeptide 2, 44kDa [Source:HGNC Symbol;Acc:4656]
general transcription factor IIH, polypeptide 2C [Source:HGNC Symbol;Acc:31394]
X-ray repair complementing defective repair in Chinese hamster cells 5 (double-strand-break rejoining) [Source:HGNC Symbol;Acc:12833]
deoxyuridine triphosphatase [Source:HGNC Symbol;Acc:3078]
general transcription factor IIH, polypeptide 3, 34kDa [Source:HGNC Symbol;Acc:4657]
partner and localizer of BRCA2 [Source:HGNC Symbol;Acc:26144]
Bloom syndrome, RecQ helicase-like [Source:HGNC Symbol;Acc:1058]
topoisomerase (DNA) II binding protein 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:17008]
breast cancer 1, early onset [Source:HGNC Symbol;Acc:1100]
checkpoint kinase 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:1925]
H2A histone family, member X [Source:HGNC Symbol;Acc:4739]
PMS1 postmeiotic segregation increased 1 (S. cerevisiae) [Source:HGNC Symbol;Acc:9121]
mutL homolog 1, colon cancer, nonpolyposis type 2 (E. coli) [Source:HGNC Symbol;Acc:7127]
RAD51 homolog (S. cerevisiae) [Source:HGNC Symbol;Acc:9817]
poly (ADP-ribose) polymerase 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:270]
chromatin assembly factor 1, subunit A (p150) [Source:HGNC Symbol;Acc:1910]
Fanconi anemia, complementation group L [Source:HGNC Symbol;Acc:20748]
ubiquitin-conjugating enzyme E2N [Source:HGNC Symbol;Acc:12492]
Gen endonuclease homolog 1 (Drosophila) [Source:HGNC Symbol;Acc:26881]
retinoblastoma binding protein 8 [Source:HGNC Symbol;Acc:9891]
excision repair cross-complementing rodent repair deficiency, complementation group 8 [Source:HGNC Symbol;Acc:3439]
alkB, alkylation repair homolog 2 (E. coli) [Source:HGNC Symbol;Acc:32487]
MRE11 meiotic recombination 11 homolog A (S. cerevisiae) [Source:HGNC Symbol;Acc:7230]
8-oxoguanine DNA glycosylase [Source:HGNC Symbol;Acc:8125]
PRP19/PSO4 pre-mRNA processing factor 19 homolog (S. cerevisiae) [Source:HGNC Symbol;Acc:17896]
breast cancer 2, early onset [Source:HGNC Symbol;Acc:1101]
chromatin assembly factor 1, subunit A (p150) [Source:HGNC Symbol;Acc:1910]
deoxyuridine triphosphatase [Source:HGNC Symbol;Acc:3078]
deoxyuridine triphosphatase [Source:HGNC Symbol;Acc:3078]
general transcription factor IIH, polypeptide 1, 62kDa [Source:HGNC Symbol;Acc:4655]
RAD18 homolog (S. cerevisiae) [Source:HGNC Symbol;Acc:18278]

利用実例4,5: RNA-seqデータ(腎癌細胞株RCC4)の解析
関西医科大学 広田喜一教授のグループとの共同研究[4] Sumi C et al. Scientific Reports 2018; 8:8987 doi:10.1038/s41598-018-27220-8[5] Sumi C et al. Biorxiv doi: 10.1101/375311- 本論を支持する事実として公共DBからのデータ解析結果を追加- 機能するvon Hippel-Lindau (VHL) タンパク質を欠くRCC4細胞株- Empty Vector (EV) vs VHL で発現差比較……

Kaiko array
1unchanged
1403
60043
1421411467247644232
32
3342
14452

Human-mouse GeneChip

IDUP
1 223758_s_at
2 223758_s_at
3 227766_at
4 209903_s_at
5 209902_at
6 223511_at
7 204531_s_at8 222889_at
9 204768_s_at
10 201202_at
11 209804_at
12 230177_at
13 206235_at
14 209421_at
15 209849_s_at
16 204767_s_at
17 201523_x_at
18 222233_s_at
19 213007_at
20 206066_s_at
21 202330_s_at
22 205394_at
23 205162_at
24 235215_at
25 202907_s_at
26 212751_at
27 208694_at
28 204603_at
29 235609_at
30 218689_at
31 223785_at
32 206554_x_at
33 205393_s_at
34 221540_x_at
35 221540_x_at
36 208643_s_at
37 208955_at
38 239346_at
39 219530_at
40 205733_at
41 202633_at
42 211851_x_at
43 238075_at
44 205436_s_at
45 213677_s_at
46 202520_s_at
47 205024_s_at
48 208644_at
49 214426_x_at
50 218397_at
51 201524_x_at
52 228286_at
53 203344_s_at
54 1554883_a_at
55 225625_at
56 205395_s_at
57 205301_s_at
58 203103_s_at
59 214727_at
60 203976_s_at
61 208956_x_at
62 209932_s_at
63 202451_at
64 224200_s_at(5,854 H.sapiens transcript IDs)

- RCC4-EV: SRR1554431, SRR1554986 + DRR100656- RCC-VHL: SRR1554988, SRR1554989 + DRR100657

Level2 ②発現解析に沿って↓- 遺伝子群抽出(発現上昇 and/or 下降)→エンリッチメント解析© 2015 Thomas Shafee / CC-BY-4.0

B.moriH.sapiens

E-value

Description

Ka00003

ENST00000373371

5e-16

solute carrier family 2

注目のパスウェイ中の遺伝子に絞って遺伝子発現変化を可視化

Ka00005

ENST00000394878

2e-21

ribosomal protein, large P0

GO:0061621 (canonical glycolysis)

Ka00006

ENST00000277541

2e-12

notch 1

……

……

……

- Metascape (http://metascape.org/)を使ってヒストグラム作成

イソフルラン(iso)投与有無で遺伝子発現変化を可視化

Conversion table

公共遺伝子発現データセットを利用→発現比較•Caco-2細胞

ヒト小腸

FANTOM5 data in RefEx

Processed expression data of all samples for CAGE human PRJDB3010 (FANTOM5)
https://doi.org/10.6084/m9.figshare.4028613.v4•カイコ中腸：Original data

エンリッチ
メント解析
ポスター番号: 6

利用事例6: 公共マイクロアレイデータとそれに付随する予後データを収集・解析
大阪国際がんセンター 井上正宏部長のグループとの共同研究[6] Piulats JM et al. Oncotarget. 2018; 9(22):15968-15983. doi: 10.18632/oncotarget.24641

今後の課題

純度の高い患者がん組織由来がん細胞塊を高効率に得る新たな培養法(Cancer Tissue-Originated Spheroid(CTOS)法)を用いて、大腸がん由来の培養スフェロイドでその三次元構造が破壊されることによって悪性表現型が促進することを示した論文です
DBCLSは、公共DBから大腸がんのマイクロアレイデータおよびそれに付随した予後に関するメタデータを収集・解析した上で、研究チームが見出した大腸がん由来培養ス
フェロイドの3次元構造破壊後で高発現する遺伝子リストをもとに階層的クラスタリングや生存率解析等の比較解析を行い、効率的な標的遺伝子の絞込みに貢献しています- 公共DBの発現定量済みRNA-seqデータを利用したデータ駆動型解析の実装とその応用- 利用可能なDBはRDFを使って参照、つなげて利用するようにしていく利用例作成

Licensed under CC-BY 4.0 ©2018 HIDEMASA BONO (DBCLS)