トーゴーの日シンポジウム2014
時事通信ホール
2014年10月5日

表現型で生物をつなぐフェノーム統合データベース「生命と環境のフェノーム統合データベース」
理化学研究所 バイオリソースセンター桝屋啓志© 2014 桝屋啓志（理化学研究所）licensed under CC表示2.1日本

フェノタイプは生命科学の最重要情報
フェノタイプ：遺伝因子と、環境因子の相互作用によって現れる生命の形質の変化
例： 疾患、先天的な異常、検査値、薬剤の効果・・・
フェノタイプ同士は、あらゆるレベルで相互に関係している！
• 個体レベル：分子パスウェイを通して互いに関係。
• 生物種横断的なレベル：進化的なつながり。モデル生物• 生態系のレベル：生物間相互作用、環境応答「フェノタイプのつながりを持った総体」＝フェノームを、遺伝情報と環境の言葉で理解することこそが、生命原理の理解の応用のための重要課題！

本プロジェクトのねらい
フェノタイプと関連データの情報共有と標準化を、研究分野の垣根を超えて実現するイノベーションの推進
自由に一括ダウンロード（RDFによるメタデータ空間）

疾患研究の新たなモデル系
薬物応答に影響する変異／多型
創薬の新たなターゲット候補

統一フォーマット
標準化・統合化・体系化

ヒト表現型

ラット
表現型

マウス表現型

ゼブラ
フィッシュ
表現型

メダカ
表現型
3

第1期プロジェクトの成果（基盤技術開発）:

RDFによるフェノタイプの統一スキーマの開発
表現型データ汎用RDFスキーム（抜粋）（OBOコンソーシアム提案の改良型）

生物種に対応したオントロジーで代入

（部位等）
何の？

表現型
データ

どんな形質が？

（形質）どうなった？

is_a

植物表現型特性情報（表現型）

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）

フェノタイプの「ワンストップショップ」を実現する技術4フェノーム汎用スキーマで可能になったこと
表現型という『複雑で自由度の高い』情報に対して・・・• スキーマの統一化による「ワンストップショップ」構築の可能性が高まった。
＝＞異なる生物の異なるフェノタイプを、ひとつのデータベース（あるいは連携可能なデータベース群）で、コストを抑えて管理できる。
• 部位、異常の内容、それぞれのオントロジー語句検索が可能になり、語彙表現の揺らぎに影響されない、表現型の多次元分類が可能に。
＝＞「長骨の長軸方向の成長が阻害されるKOマウス」等を、語彙表現のゆらぎを超え、特徴に基づいて検索する事が可能になった。
• 同じく、オントロジー・アノテーションを用いている、外部データベースの成果との相互利用が可能に＝＞Mouse Genome Informatics (MGI: ジャクソン研）
Phenome Net （ケンブリッジ大）• 種内、および種横断的な表現型類似性の推論が可能に。
＝＞「お勧めマウスリソース」提案機能

フェノタイプの類似性を自動探索して「お勧めマウス」を提示研究者が探したいマウスとフェノタイプが類似する他のマウスを分かりやすく提示
研究者に新たな気づきを与える
フェノタイプに関するRDFのリンクを自動探索
画面生成(各系統の示す表現型の一致度が高い順番に提示)

類似度高

類似度低

フェノタイプ推薦機能でバイオリソースの付加価値が向上

6フェノーム統合の第２段階へ
主要な統合対象データ

第1期（終了）

第2期

マウス系統：約5000系統
培養細胞：約3600株
微生物株：約15000株（理研バイオリソースセンター）【提供データ拡充】提供するフェノーム情報の質と量の拡大
分子フェノタイプ：
マウスCreドライバー系統 マーカー遺伝子の発現情報：約50系統 （熊本大）
ゼブラフィッシュのジーントラップ系統 マーカー遺伝
子の発現情報：約500系統 （遺伝研）
単純フェノタイプ：
マウス網羅的表現型解析データ：約100系統（理研）
ラット網羅的表現型解析データ：約1000系統（京大）
メダカ表現型：約500系統（基生研）
複合フェノタイプ:疾患オントロジー：約5000疾患（リンク）
国際的な標準病名ICD10：約12000疾患（リンク）NBDC各グループと連携、RDF技術に基づく相互利用を実現

シロイヌナズナ変異株：3700 件環境資源科学科学研究センター）

データ
収集方法

データベースより直接収集（バイオリソースセンター等）【データ収集技術】生物学者向け表現型データ入力S開発
データベースからの直接収集に加え、一般ユーザー（ゲノム編集コンソーシアム）からの直接入力システムの開発

可視化

つながり検索、お勧めリソース【データ活用技術】モデル生物表現型と疾患の関連づけと可視化疾患研究者が最適な研究モデル系を探せるシステム（SPARQLによるインターフェース開発）

7H26年度計画：生物種の拡張と、RDFスキーマの見直し
生命の解析データを表現する汎用RDFスキーマ設計
遺伝子生物種

環境／条件
データ

variant of(NCBItaxonomy)アレルin taxon

environment

has_allele

系統・株strain

コホート

indicates_whole_entity

フェノタイプ
データ

information部位

バイオリソースの管理情報（各分野のオントロジー）

形質（PATO)

表現型値(数値、定性値）
measurement_of

RDFの基本構造
主語

述語

計測パラメーター
has_parameter

目的語
計測方法

生物種の拡張と、RDFスキーマの見直し
マウス・網羅的表現型解析（理研BRC）
D1Pas1
P_valuevariant_of

PATO0000383
femaleD1Pas1<tm1(KOMP)Vlcg>
C57BL/6ND1Pas1<tm1(KOMP)
Vlcg>/D4Rbrc_F

has_allele
C57BL/6ND1Pas1<tm1(KOMP)
Vlcg>/D4Rbrc

0.79

DATA:F_OFD_DT_Stastis
tical difference

C57BL/6ND1Pas1<tm1(KOMP)
Vlcg>/D4Rbrc_M

PATO0000461

DATA:M_OFD_DT_P_value

P_IM00003

indicates _value

P_value

空0.95
PATO0000384
maleTargeted
mutation

空DATA:F_OFD_DT_P_value

DATA:M_OFD_DT_Stasti
stical difference

PATO0000461

indicates_entity
Activity ofanimall

RBRC05432

Distance Traveled
AVG

Distance Traveled
P-valuestatistics _of

P-value

Distance Traveled
AVERAGE

Mesured_for
IMPC_Open Field

IMPC_para,eter_D
istance Traveled

has_parameter生物種の拡張と、RDFスキーマの見直し
ラット・網羅的表現型解析（京大・NBRP）
Atrn
has_genestrain
PATO0000383

Rdf:type

Atrn

Rat
strainhas_alleleg空

F_BW5W_measured
value

Subclass_of

ZI/Kyo_F

0.79

F_BW5W_Stastisticaldifference

ZI/Kyo

PATO0000461

ZI/Kyo_M
M_BW5W_measured valueindicates _value

g

空

12.2

PATO0000384

Inbred

M_BW5W_Stastisticaldifference

PATO0000583

京都大学
NCBI:10114
NBRP Rat
No:0025

indicates_attribute空indicates_entity
weight_AVG
Whole bodystatistics _ofweight(PATO:0000128)

Mesured_forweek
5Body weight 5w
measure in Kyoto U
has_parameter

Kyoto Univ SOP

生物種の拡張と、RDFスキーマの見直し
ゼブラフィッシュ遺伝子発現（遺伝研）
ENSDARG000
00008034.9

1
head

Ensembl version

Ensembl_ID

ENSDARG000
00008034

indicates_entity

UASGFP1A

skiB

Strainday

http://kawakami.lab.nig.ac.jp/ztrap/servlet/FishIma
ge?imageid=1601

Tg_hspGGFF

NIG_Kawakami_lab.

空indicates_attributeindicates _value

Fluorescentobservation
skiB_Tg_hspGGFF, expression_of
UASGFP1A

Daniorerio

expression trait
Of hspGGFF

indicates_attributeexpression value:
positive

indicates _value

subclass_of
rdf:type
Zebra
Strain:空strain subclass_of hspGGFF15A

indicates_entity_whole

http://kawakami.lab.nig.ac.jp/ztrap/servlet/FishIma
ge?imageid=1601

has_genotypetransgenic
strainTg_homo /
effector_homoexperimentindicates_entity

heart生物種の拡張と、RDFスキーマの見直し
メダカ・表現型データ（基生研）
Ensemblrelease 75

Ensembl version

ENSORLG0000000
4729
headmalformation

Ensembl_ID
体軸短縮,椎体形成異常

1

stage
空dph

sec24dhas_gene

NIBB

structure

homo
head

sec24dvbi
Tokyo Institute ofTechnology

subclass_of

Medakastrain1
short bodylength

has_allele

subclass_of

Strain:vertebra
imperfecta

absent

rdf:type空dph

空
wholeorganism

decreased

StrainlengthOryzias latipes
abnormal bonemineralization

10.1016/j.ydbio.2
010.03.016
ENU-induced
mutant strain

ki174

空

MT312

vertebra3

dph
participant
vertebrabone mineralization

process quality

abnormal

生物種の拡張と、RDFスキーマの見直し
iPS細胞特性（理研BRC）
cellmorphology

indicates_attribute
http://ja.brc.riken.jp/lab/bpmp/HPS0073_cell morphology

indicates_entity

ES cell like空
http://ja.brc.riken.jp/lab/bpmp/HPS0073_culture condition

adhesive
property

indicates_attributehttp://ja.brc.riken.jp/lab/bpmp/HPS0073_adhesi
ve property

indicates_entity
空adhesiveskin

http://www2.brc.rik
en.jp/lab/cell/detail.
cgi?cell_no=HPS0073&type=1

Homosapience

HPS0073_Donor

空

糖尿病

mongoloid

HPS
Spontaneous
Mutation

Japan

dr
空

PATO000384
http://google.pa
tent~

HPS0073

HPS0073
Takahashi, Masayo

Takahashi, Masayo

has_value

PMID:××

years
32統合化推進プログラム（TPP）連携

各プロジェクトの『守備範囲』のヒートマップ

統合に向けたRDF化支援、データの相互利用へ向けた調整と連携

データを保持している／作成する

外部データの参照を行なう

生物サンプル、化合物、文献、ゲノム情報等について、共通スキーマ策定中

進捗状況
収集対象

目標数

データ
取得数備考

マウスCreドライバー系統（熊本大・理研BRC)

50系統

130系統

RDFスキーマ作成済
テストデータ作成中

ゼブラフィッシュ ジーントラップ系統（遺伝研）

500系統-データスキーマ協議中（テストデータ作成中）

約50コホート（21系統）RDFスキーマ作成済
国際プロジェクト（IMPC）とのデータ連携を協議中

コンソミックマウス網羅的表現型データ（遺伝研）

60コホート(30系統）RDFスキーマ作成済

ラット網羅的表現型データ（京大）

216コホート(172系統）

RDFスキーマ作成済
テストデータ作成中

約1000系統

RGDよりインポート

マウス網羅的表現型データ(理研BRC)
100系統

1000系統ラット表現型データ（RGD)

メダカ表現型（基生研）

500系統

15系統

RDFスキーマ作成済
テストデータ作成中
基生研と連携で、オントロジーを用いた表現型アノテーションを開始

BRCマウス系統（第1期課題）5,722系統

第1期からのRDFスキーマの見直し
テストデータ作成中

BRC細胞株（第1期課題）3,775株

第1期からのRDFスキーマの見直し
テストデータ作成中

14,752株

第1期からのRDFスキーマの見直し
黒川Gとのデータ連携準備中
テストデータ作成中

JCM微生物株（第1期課題）DB機能計画：疾患研究のモデル生物を探索する
画面案：ヒト疾患名をキーとしてのモデル動物（の可能性）を生物種横断的に探索できる。
最後はオリジナルのデータベースに案内する。
◉ ヒト疾患との関連で探す○ 生物種から探す
疾患名を入力✔️表現型の関連で探す□✔️遺伝子の関連で探す□

検索

検索結果：白内障 と関連する表現型表示しています。
生物種

表現型

検索条件との関連部位

ラット

白内障

表現型一致

マウス

白内障

ゼブラフィッシュ

ゼブラフィッシュ

画像

リソース

オリジナ
ルサイト

eye0155

NBRP
Rat

表現型一致

lens

RBRC00376

小眼球症

部位の一致

eye

RIKEN
BRC

Marker for srebfs is expressed atday 5

部位の一致

eye

hapGGFF3AzTRAP

Marker for srebfs is expressed atday 5

病因遺伝子一致（srebfs)-Marker for unknown gene isexpressed at day1

部位の一致

eye

SAGFF(LF)2
26F

zTRAP

DB機能計画：他の生物種におけるモデル系を探す
普段、マウスやラットなど他の生物を使用している研究者が、例えばゼブラフィッシュ系統など、別種での生命現象研究のモデル系を探索できるようにする。
○ ヒト疾患との関連で探す◉ 生物種から探す
▶ ゼブラ
フィッシュ
▶の部位名
で探す

部位を選択：Fish-Fin✔️表現型の関連で探す□□ 遺伝子の関連で探す

生物種

▶ ラット

表現型の種類遺伝子との関連▶

遺伝子名を入力

表現型の種類を選択

検索

検索結果： limb と関連する表現型表示しています。
生物種

表現型

検索条件との関連部位

ラット

手足の短小化部位の一致

ラット

手足の短小化

部位の一致

画像

リソース

オリジナルサイト

四肢NBRP Rat
No: 0474

NBRP Rat

四肢NBRP Rat
No: 0651

NBRP Ratまとめ：第2期の展望• データとしての『フェノーム』の実現
相互につながった「フェノタイプの総体」をデータとして実現し、データサイエンティストが自由かつ手軽に利用できる、生物横断的かつ標準化かつ体系的に統合化されたデータアーカイブとする。
• 分子情報と共に利用できるフェノタイプデータ
遺伝因子との関連性の記述、およびNBDC各データとの連携強化により、フェノタイプ情報を、分子情報と共に利用できる統合データの一部とする。
これにより、生命科学イノベーションを後押しする。
• 国内のデータベース連携の強化と各DBレベルでの改良を推進
フェノタイプを扱う国内の各データベースや、プロジェクト、コンソーシアムとの具体的な連携体制を構築し、拡げていく。
生物種横断的な統合が可能であることと、そのメリット（インセンティブ）を示すことで、NBDCのデータ統合に賛同するデータベースを増やし、各データベースが積極的に統合に参加し、標準化に取り組む土台を築く
18

謝辞• 国立遺伝学研究所・哺乳動物遺伝研究室、初期発生研究部門（マウス、ゼブラフィッシュ）• 基礎生物学研究所・バイオリソース研究室（メダカ）• 熊本大学・生命資源研究・支援センター（マウス）• 京都大学大学院医学研究科・附属動物実験施設（ラット）• 広島大学・理学研究科・分子遺伝学研究室（ゲノム編集）• 理化学研究所・バイオリソースセンター（マウス、細胞、微生物）• 東京大学大学院医学系研究科医療情報経済学分野（臨床医学オントロジー）• 大阪大学・産業科学研究所・知識科学研究分野（上位オントロジー）• 北陸先端大学・サービスサイエンス研究センター（上位オントロジー）• ケンブリッジ大（フェノタイプオントロジー）• ゲノム編集コンソーシアム（遺伝子改変技術・生物横断的）• Cell Line Ontology Consortium (培養細胞データ）• International Mouse Phenotyping Consortium （マウス大規模解析）• NBDC・統合化推進プログラムの各プロジェクト（生命科学情報統合）
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