1化合物データベース（PubChem、ChEMBL、ChEBI）
を使ってみる
化合物＆メタボロームデータベースを知って・学んで・使う（AJACSオンライン13）
https://biosciencedbc.jp/event/ajacs/ajacs94.html
2022/11/22

櫛田達矢（理化学研究所バイオリソース研究センター (BRC)）

理研バイオリソース研究センター（BRC）
実験動物 (>7,000)
例，遺伝子改変マウス

実験植物 (>599,000)
例，シロイヌナズナ完全長cDNAクローン

細胞材料 (>7,000)
例，疾患患者由来のヒトiPS細胞

ミッション

理研BRCのバイオリソースを通して，ライフサイエンス研究，ヘルスケア，育種，有用物質生産に貢献する
遺伝子材料 (>126,000)
例，ヒトcDNAクローン

微生物材料 (>19,000)
例，好気性細菌・放線菌・嫌気性細菌・乳酸菌・アーキア・極限環境細菌・酵母・糸状菌

アクティビティ
1. 理研BRCバイオリソースデータと公的データベースの統合（ナレッジグラフ作成）
2. BRCカタログシステム（バイオリソースのキーワード検索サービス）の開発，提供

https://web.brc.riken.jp/2

3

Contents

1. PubChemの使い方を学ぶ
2. ChEMBLの使い方を学ぶ

3. ChEBIの使い方を学ぶ
4. まとめ4

1. PubChemの使い方を学ぶ
2. ChEMBLの使い方を学ぶ
3. ChEBIの使い方を学ぶ

4. まとめPubChemとは5• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov• 運用機関：National Center for Biotechnology Information（NCBI, US）• 説明：• 統合的な化学情報データベースです。化学物質とその生物活性に関する情報を収録したPubChem Substance、医薬品名やその効能、LogP値などの物性値や類似構造を持つ別の化合物の情報を収録した
PubChem Compound、化合物を用いた実験の方法や結果を収録したPubChem BioAssayを統合しています。またThieme
Chemistry の化学文献リンク、SpringerMaterials の化学および物理
特性リンク、世界知的所有権機関 （WIPO）の特許リンクなども統合しています。化合物の名称、分子式、構造などによる検索が可能です。
Integbioデータベースカタログ「PubChem」のページから引用

世界最大級のオープンソースの化合物データベース• 880件以上の機関，プロジェクト（コントリビューター）から提供された化合物及びそれに関連する情報（例，バイオアッセイ，生物活性，遺伝子，タンパク質，生物種，パスウェイ，セルライン）を収録．
• ２つの化合物データセット• Substance• コントリビューターから提供された全化合物の集合（約3億件）• Compound• Substanceから抽出したユニークな構造を持つ化合物を整理した集合（約1.1億件）

6

PubChemが扱う主な情報

7

PubChem Data Counts

2022.11.12 確認

PubChemキーワード検索

8① トップ画面の検索窓からキーワード検索が可
能①② 検索結果がカテゴリ別に表示されるので，選んで検索結果を確認②

PubChemのその他の検索インターフェイス• PubChemトップ画面には，検索インターフェイスを選ぶ，アイコンが表示されている．

• Draw Structure• 構造式エディタを使った検索が可能• Upload ID List
• CID, SID, GeneID, UniProt Accession番号を使ったバッチ検索が可能• Browse Data

• 木構造（例，Gene Ontology, NCBI Taxonomy）を使った絞り込み検索• Periodic Table• 周期表を使った検索9

Upload ID List を使った検索
③c
②

10

①

トップ画面から「Upload ID
List」アイコンを選択②「Choose Identifier Type」
で検索対象のIDの種類を選択③「Provide a List ofIdentifiers」で，③aa.
b.

③bc.

④

カンマもしくはスペース区切
りのIDリストを入力
もしくは，1行1IDで作成したテキストファイルをアップロードする.
サンプルファイルはここから入手可能「Search Pubchem With
This List」ボタンをクリック
し，検索開始Classification Browserを使った検索①

トップ画面から「BrowseData」アイコンを選択②「Select classification」で検索対象のデータセットを選択（例，PubChem CompoundTOC）③「Data type counts todisplay」でCompoundを選択④「Display zero countnodes?」でNoを選択⑤「Browse PubChem:
PubChem Compound TOC
Tree」で，カテゴリーを選択（例，KEGG: Metabolite）⑥「数字」部分（例，521）をクリックし，検索開始

②

③

④

===========⑤⑥11

自前の化合物リストをPubChemに登録する
Data Sources を見ると，データタイプ別（例，化合物，バイオアッセイ），国別のデータソースを確認することができる．

12

データの登録方法• トップ画面のSubmitをクリック• ユーザー登録もしくはログインする• あらかじめ，オリジナルの化合物ID, 化合物
名およびInChI やSMILES などの構造情報を記載したCSV 形式のファイルを作成しておく．
• CSV形式をアップロードする．
• 個々の化合物に対して，PubChemSubstance ID (SID)及びcompound ID(CID)が付与される．
• 同じCID*の化合物が持つ類似化合物，生物活性，相互作用などの情報を利用することができる．
*:同じCIDを持つ化合物は化合物構造が同一

PubChemのAPIサービス 1/2• PUG REST
• Example• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/compound/cid/2244/PNG• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/compound/name/aspirin/synonyms/XML• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/compound/cid/1983/description/XML• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/substance/name/glucose/sids/XML• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/compound/cid/2244/sids/JSON• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/assay/target/genesymbol/USP2/aids/TX
T• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/assay/aid/490,1000/targets/ProteinGI,ProteinName,GeneID,GeneSymbol/XML• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/compound/cid/1000,1001/assaysumma
ry/CSV• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/assay/aid/504526/doseresponse/XML• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/gene/synonym/EGFR/summary/JSON• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/protein/accession/P00533,P01422/summary/JSON13

PubChemのAPIサービス 2/2• PUG REST
• Example• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/pathway/pwacc/Reactome:R-HSA70171,BioCyc:HUMAN_PWY-4983/summary/JSON• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/taxonomy/taxid/9606,10090,10116/summary/JSON• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/cell/synonym/HeLa/summary/JSON• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/substance/sid/1917/classification/XM
L• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/compound/cid/2244/dates/JSON• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/substance/sourceall/ChEBI/xrefs/Reg
istryID/JSON

14

15

1. PubChemの使い方を学ぶ
2. ChEMBLの使い方を学ぶ
3. ChEBIの使い方を学ぶ

4. まとめChEMBLとは

16• https://www.ebi.ac.uk/chembl/• 運用機関：EMBL‘s European Bioinformatics Institute(EMBL-EBI, ENG)
• 説明
• ChEMBLは創薬を目的とした生理活性をもつ化合物や小分子のデータベースです。化合物、核酸などの小分子と、そのターゲットやアッセイ情報を紐付けて収載しています。化合物や小分子の名称、分子式、分子量、標準SMILES、標準InChIなどの情報に加え、結合定数、ADMEデータなど生理活性に関する情報や、薬としての開発段階の情報などが付与されています。化合物を名称や構造で検索したり、ターゲットをタンパク質の名称で検索することができます。
Integbioデータベースカタログ「ChEMBL」のページから引用

論文からマニュアルでキュレーションした高品質データベース
How is ChEMBL data curated?

Inclusion of information into the ChEMBL database.

17

化合物数：2.3M件（PubChem compoundの約1/50）

Curation of data included in ChEMBL.

ChEMBLキーワード検索：創薬研究を意識した絞りこみ機能

18①
②
③

① トップ画面の検索窓からキーワード検索が可能② 検索結果がカテゴリ別に表示されるので，選んで検索結果を確認③ Filtersで検索結果の絞り込みが可能（例，RO5
Violations, Targets,Bioactivities）④ 検索結果⑤ Molecule Featuresを確認（例，Drug Type, Rule Of
Five，経口，非経口など）④⑤

ChEMBLのAPIサービス• ChEMBL Data Web Services• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/molecule?molecule_properties__mw_freebase__lte=300• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/image/CHEMBL25• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/similarity/CN1C(=O)C=C(c2cccc(Cl)c2)c3cc(ccc13)[C@@](N)(c4ccc(Cl)cc4)c5cncn5C/80• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/molecule?max_phase=4• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/molecule?molecule_properties__nu
m_ro5_violations=0• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/molecule?biotherapeutic__isnull=fa
lse• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/cell_line?cell_source_tissue__iends
with=carcinoma• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/mechanism?mechanism_of_action__icontains=Muscarinic%20acetylcholine%20receptor&action_type=ANTAGO
NIST• https://www.ebi.ac.uk/chembl/api/data/target?target_components__access
ion=Q13936

19

UniChem：InCHIを用いた化合物DBエントリーのクロスリファレンス

20• https://www.ebi.ac.uk/unichem/• 対象データベース• ChEMBL, DrugBank, PDBe, PubChem, KEGG,ChEBI, Gene Expression Atlas, SureChEMBL,
PharmGKB, Human Metabolome Database(HMDB), Nikkaji, BindingDB, LipidMaps,
MetaboLights, Brenda, Rhea, SwissLipids,
clinicaltrials など40データベース• ChEMBLにクロスリファレンスの情報を提供

21

1. PubChemの使い方を学ぶ
2. ChEMBLの使い方を学ぶ
3. ChEBIの使い方を学ぶ

4. まとめChemical Entities of Biological Interest (ChEBI)とは• http://www.ebi.ac.uk/chebi/• 運用機関：EMBL‘s European Bioinformatics Institute (EMBLEBI, ENG)
• 説明：
• 生命プロセスに介在する小分子化合物の辞典です。ゲノムに直接コード化されている分子（例：核酸、タンパク、ペプチド）はこのデータベースの対象外です。登録されているデータは、多数の情報源のデータを組み合わせ、冗長性を除いています。主な情報源はIntEnz(EBI)、KEGG COMPOUND、PDBeChem(EBI)、ChEMBL(EBI)です。 ChEBIオントロジー（化合物オントロジー）による分類情報と階層表示が特徴です。
• 全てのエントリーにはデータの信頼性を示す★印がついています； 3つ星：
ChEBIチームが手作業で注釈付けを行ったもの。2つ星：ChEMBLチームまたはデータ提供者が手作業で注釈付けを行ったもの。1つ星：情報源から自動的に取得した仮エントリーで、手作業での注釈付けが行われていないもの。
Integbioデータベースカタログ「ChEBI」のページから引用

22

ChEBIの統計量• https://www.ebi.ac.uk/chebi/statisticsForward.do• 化合物数：60,275（PubChem Compoundの約1/2000, ChEMBLの約1/40）

23

ChEBIのデータ構造 1/2• 化合物の分子構造のツリー（chemical entity,subatomic particle）• (例，有機化合物，アルカロイド，プリン）• 化合物のロールのツリー（role）• application（例，医薬品，化粧品，染料，香料，燃料）• biological role（例，抗体，毒物，阻害剤，代謝物，アンタゴニスト）• chemical role（例，酸，酸化防止剤，触媒，供与体）

24

ChEBIのデータ構造 1/2• role概念の下位に化合物が置かれる• 例，酵素阻害剤の下位に，caffeine• 例，植物代謝物の下位に，caffeine• 例，アデノシン受容体アンタゴニストの下位に，caffeine• 例，向精神薬の下位に，caffeine• 例，利尿剤の下位に，caffeine25

ChEBIキーワード検索26①②① トップ画面の検索窓からキーワード検索が可能② 検索結果④③ ロールのクラス分類④ オントロジーツリーを表示する
場合は，このタブを選択③ChEBIを使用する利点 1/2
1. 化合物に対して，roleの概念（化合物の性質）の情報をオントロジー構造（木構造）から，推論することができる．
2. 分析機器の解析結果である様々な粒度の化合物名に対して，ChEBIオントロジーの階層を使った化合物アノテーションが有効な場合がある．
a. ICP発光分光分析装置 (ICP-OES) を使ったイオノーム分析では，鉄陽イオンをFe2+やFe3+の総量として測定している場合がある．この時，鉄陽イオンに対して，iron(2+) (CHEBI:29033)及びiron(3+) (CHEBI:29034)の上位概念であるiron cation (CHEBI:24875)を使ってアノテーションすることが可能である．
b. 質量分析の結果で，詳細な分子構造（例，構造異性体）や立体構造（例，鏡像異性体）が不明な化合物に対して，オントロジーの上位概念に用いてアノテーションをすることが可能である（例， phosphatidylcholine 32:1 (CHEBI:66849) ）．
• データ駆動型材料開発～オントロジーとマイニング、計測と実験装置の自動制御～，
監修:船津公人，第2章 材料データベースとオントロジー, 2.2.3.オープン時代における化合物データベースとオントロジー，櫛田達矢著， (株)エヌ・ティー・エス，
ISBN:978-4-86043-759-6 C3058

27

ChEBIを使用する利点 2/2
2.a

2.b28

29

1. PubChemの使い方を学ぶ
2. ChEMBLの使い方を学ぶ
3. ChEBIの使い方を学ぶ

4. まとめ30

PubChem, ChEMBL, ChEBI比較

運用機関

化合物数

統計量のページ

PubChem

NCBI

Compounds:
112,405,915 https://pubchemdocs.ncbi.nlm.
Substances:
nih.gov/statistics
298,292,628

ChEMBL

EBI

2,331,700 https://www.ebi.ac.uk/chembl/

ChEBI

EBI

60,275https://www.ebi.ac.uk/chebi/sta
tisticsForward.do

ライセンス
https://fairsharing.org/FAIRsharing.qt3w7z
を参照
CC BY-SA 3.0

CC BY 4.0
2022.11.12 確認

KEGG COMPOUND: C07481 (Caffeine)
で見た外部リンクの状況

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データセットKEGGCOMPOUNDとのダイレクトリンク

IDStandard InChICOMPOUND-C07481

InChI=1S/C8H10N4O2/c1-10-4-9-65(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3

DRUG

あり

D00528InChI=1S/C8H10N4O2/c1-10-4-9-65(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3

PubChem substanceあり

SID 9684 *ND

PubChem compoundなし

CID 2519 +InChI=1S/C8H10N4O2/c1-10-4-9-65(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3

ChEMBLあり

CHEMBL113

InChI=1S/C8H10N4O2/c1-10-4-9-65(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3

ChEBIありCHEBI:27732

InChI=1S/C8H10N4O2/c1-10-4-9-65(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3

KEGG

PubChem* と + 間にはダイレクトリンクあり

参考資料• バイオDBとウェブツール ラボで使える最新70選 知
る・学ぶ・使う、バイオDX時代の羅針盤, 小野浩雅／編,
実験医学増刊 Vol.40 No.17, ISBN 978-4-7581-0406-7,
2022年10月20日発行• PubChem ─ 化合物とそれに関与する遺伝子，パスウェイなどの情報をフリーで提供【櫛田達矢】• ChEMBL ─ 手動でキュレーションされた生物活性分子のデータ
ベース【山田一作】• 統合TV• PubChem を使って化合物の情報を検索する (2021.12.14)• 化合物データベース (2018.12.14)

32

33

謝辞
• この資料は，山田一作 博士（公益財団法人 野口研究所）の講習会AJACS筑波4「化合物データベース」（2018年7月10日）の講義資料を参考に作成しました．山田博士に感謝いたします．