トーゴ―の日2016

糖鎖関連データベースのセマンティック
ウェブ対応と連携強化

産業技術総合研究所
成松久
Licensed under a Creative Commons表示4.0国際 license(c)2016 成松久（産業技術総合研究所）

体制図
WURCS2
野口研：山田一作、松原正陽
創価大：木下聖子

GlyTouCan
創価大：青木信行、新町大輔、木下聖子
産総研：藤田典昭、成松久

立命館：鴨さおり、中尾広美、豊田英尚、川嵜敏祐、奥田修二郎

立命館：鴨さおり、中尾広美、豊田英尚、川嵜敏祐
産総研：石崎円、前田真砂子、鈴木芳典、鹿内俊秀、成松久

PAConto、PACDB
産総研：ソロビヨワイェレナ、前田真砂子、藤田典昭、鹿内俊秀、成松久
GGDonto、GDGDB
産総研：ソロビヨワイェレナ、前田真砂子、藤田典昭、鹿内俊秀、成松久
GGDB2
産総研：佐藤隆、栂谷内晶、横尾岳彦、安形清彦、
久保田智巳、野呂絵里花、鈴木芳典、藤田典昭、澤木弘道、鹿内俊秀、木下聖子、成松久
Ver.1:栂谷内晶、菊池紀広、權 娟大、鹿内俊秀、成松久
LfDB2
産総研：鈴木芳典、舘野浩章、鹿内俊秀、木下聖子、成松久、平林淳
GlycoProtDB
産総研：鈴木芳典、鹿内俊秀、梶裕之、成松久
GlycoformViewer
産総研：鹿内俊秀、梶裕之、成松久ミッション

糖鎖グループのNBDCミッション

バイオサイエンスデータベースセンターのプログラムで採択されている他の領域との連携強化

Ontologyの開発 / RDF化 / SPARQL Endpoint格納 / 可視化
1) 糖鎖のリポジトリシステム
2) 既存のDBをセマンティックWeb化

構造情報の標準化
JCGGDB / GlycoEpitope/ RINGS / GlycoNAVI

リポジトリの基盤技術

曖昧さを排除した表記法

WURCS:

Web3 Unique Representation of Carbohydrate Structures

糖鎖構造を表記する重複のない線形文字列
WURCS=2.0/3,5,4/[a2122h-1b_15_2*NCC/3=O][a1122h-1b_1-5][a1122h1a_1-5]/1-1-2-3-3/a4-b1_b4-c1_c3-d1_c6e1

WURCS Tools• WURCSFramework: Mass計算• GlycanBuilder: Image生成• WURCS RDF/SPARQL: （部分）構造検索• WURCS Converter: フォーマット変換→データベース連携

WURCSを利用することで様々なデータに変換できる
WURCS:
Web3 Unique Representation of Carbohydrate Structures
WURCS=2.0/3,5,4/[a2122h-1b_1-5_2*NCC/3=O][a1122h-1b_1-5][a1122h-1a_1-5]/1-1-2-3-3/a4-b1_b4-c1_c3-d1_c6-e1

MolToWURCS

Mass910.3278

WURCSFramework
GlycanBuilder
WURCSRDF

GlycoCTToWUR
CS

WURCSConvert
erImage

WURCS-RDF
WURCSSPARQL
Search system

IUPAC condensed
IUPAC extended

CTFileGlycoCT
ACGG-DBリポジトリシステム

国際糖鎖構造リポジトリシステム• Currently contains almost 60,000 glycan entries and800 monosaccharides

7

検索方法1

Graphical Search for Glycans

構造の詳細情報とGlyToucanパートナーの情報

GlyTouCan Partners

登録Registration using text

GlycoCT and WURCS
are supported
Conversion utilities fromothers, such as IUPAC,
are currently being
developed登録確認

Registration Confirmation

11

Ver1と2の違い

GlyTouCan version 2 (Toco) system architecture
Version 1.0

Aoki-Kinoshita et al, Nucleic
Acids Research, Database Issue,
2016

Version 2.0

パートナー同士の連携

WURCSとGlyTouCan Ac#を利用した連携
WURCS

GlyTouCan

GlyTouCan Partners

Glycan Structure
Information

External ID
RDF
API
ClientSpecies
Literature

Accession
Number連携の将来図

近い将来のセマンティクウェブ
WURCSやSPARQLを利用して様々な情報が繋がる。
RDF化
SPARQLSPARQLWURCS
SPARQL既存のDBを変換

産総研のグループは、Semantic Webに対応したデータやOntologyをACGGのサイト ( http://acgg.asia/db/ ) から公開している。
Glycogene Database (GGDB)
Lectin frontier Database (LfDB)
GlycoProtein Database (GlycoProtDB)
Glycoform Database (GlycoformViewer)
Pathogen Adherence to Carbohydrate Database (PACDB, PAConto)
Glyco-Disease’s Gene Database (GDGDB, GGDonto)
Semantic web + Visualization
OntologyGGDB2糖鎖関連遺伝子データベースの２つの検索方法
ユーザインタフェース

１）ファセット検索：RDFで関係付けた情報を利用した画面左のファセット（ファミリー名、キーワード、Pathwayク
ラス名、ドナー名、発現部位）を使って糖鎖遺伝子を絞ることができる
２）キーワード検索：糖鎖遺伝子の一覧からシンボル名をクリックするとその詳細情報が表示
・Gene Information ・Orthologous Gene ・Acceptor Substrates (KEM-C,Reference) ・Expression ・Biological Resources

ファセット検索http://acgg.asia/db/ggdb/

proteomics

glycomics

glycoproteomics

proteomics

glycomics

glycoproteomics

Advantage and Disadvantage of Three Omics Performedby MS analysis
Sensitivity

DiseaseSpecificity

Technical
difficulty

proteomics

★★★★★

★

easy

glycomics

★★

---

★★

glycoproteomics

★

★★★★★

★

★★★★★
DifficultGlycoProtDBとGlycoformViewer
Mousebasal cell adhesion molecule

青いピン：Glycosite
赤いピン：Glycosite + Glycoform

タンパク質のアミノ酸配列から確認できる糖鎖修飾位置検出された糖ペプチドの情報
http://acgg.asia/db/gpdb/id/GPMMU00000309

GlycoformViewer

Basal cell adhesion moleculeのN323のGlycoform
Hex5 HexNAc4をベースとするマウスリファレンス
単糖組成のリスト※背景が赤は検出されたということ。
Hex5HexNAc4dHex13

マウスオーバーHex5, HexNAc423’

Hex5HexNAc4の代表的な構造

見方
HexHexNAcの基本骨格

LN

1クリック

Hex
High-mannose typeHexNAcLDNGlycoformViewer

Cadherin16のN519のサンプル間のGlycoform比較
Wt /AAL

Fut9 KO / AAL

HexHexNAcの基本骨格

LN

Hex
High-mannose typeHexNAcLDN

LfDB2

LfDB - Lectin Frontier DataBase ・蛍光検出を用いた自動化フロンタルアフィニティークロマトグラフィーシステム(FAC-FD)・各種レクチンとピリジルアミノ化糖鎖(PA化糖鎖)間の結合定数を含む定量的相互作用データ（ 311件のレクチン情報、71件のFACデータ：2016年7月31日現在）

RDFの可視化：検索インターフェース
ファセット（絞り込み）によるレクチンの検索

http://acgg.asia/db/lfdb
レクチンと糖鎖間の相互作用グラフ

Pfam
単糖特異性

生物界

HTMLのタグに指定のパラメーター属性を記述するだ
けで、LfDBの情報をWEBページを構成するWEBパーツ（部品）として容易に取り込むことができる。

選択された糖鎖と、他の全てのレクチンとの相互作用のグラフにより相対的な強弱が分かる。

（例：HTMLソース）<div data-stanza="http://acgg.asia/db/lfdb/interaction"
data-stanza-lfdb_id="LfDB0146">

PACDB

糖鎖関連の感染症に関するデータベースとオントロジー• 約100の疾患名と127の病原体（370の株）についての情報が214の学術論文から約1700件の結合情報を抽出。
• 感染症を引き起こす病原体（バクテリア、ウイルス、真菌、原虫）のタンパク質（レクチン）と結合する宿主（主にヒト）側の糖鎖リガンドのデータを整理・分類し、オントロジー（PAConto）を開発。
オントロジー開発
RDF化

SPARQL Endpoint

RDB

病原体の一覧

ファセット検索

１件、選択

病原体名

病原体のレクチンと宿主側の糖鎖との結合情報

結合しない項目を選択して病原体を絞り込む。
・Diseases Classifications ・Diseases
・Species ・Target sources
・Microbial Glycan-Binding Proteins・Pathogen Adherence Molecules Types
・Glycans and Glycoconjugates Types
・Glycoepitopes

結合できる

レクチンと糖鎖との結合情報
・PACDB ID ・PMID ・Pathogen Adherence Molecule ・Binding ・Ligand Name ・Ligand Features ・Glycan Sequence ・Epitope ・JCGGDB-ID ・Target Source

糖鎖関連疾患と原因遺伝子に関するデータベースとオントロジー• 現在知られている約120の病名とこれらの原因遺伝子についての情報を集約• GDGDBのデータを、糖鎖関連遺伝子の変異によって引き起こされる疾患（糖鎖合成異常による遺伝性疾患：
Congenital Disorders of Glycosylation (CDG) と糖鎖分解酵素の欠損による遺伝性疾患：Lysosomal Storage Diseases(LSD)）に分類しオントロジー（ GGDonto ）を作成

キーワードの検索

糖鎖関連疾患と原因遺伝子の詳細情報

糖鎖関連疾患名の一覧

オントロジー、GDGDB、疾患、遺伝子、タンパク質、活性などの情報に素早くアクセスできる

オントロジー
項目を選択して糖鎖関連遺伝性疾患を絞り込む。
（ファセットの条件）
・CDGs / LSDs ・症状 ・N-/O-/Lipidなどの生合成経路・分解経路を組み合せて絞り込む

GDGDBの情報

疾患
原因遺伝子
酵素の活性

タンパク質
GGDB

セマンティックWebに対応したものはACGGのリソースACGG-DBとして公開している

http://acgg.asia/db/

国際連携

第7回ACGGカンファレンス（仙台）2015年11月12-15日

国際連携

ACGG-DB会議（無錫） 2016年10月13日•Integrated Life Science Database Project of Japan• GlyTouCan Overview
Kiyoko F. Aoki-Kinoshita• GlyTouCan New Functionality
Nobu Aoki• GlyTouCan: Semantic Web Technologies
Daisuke Shinmachi• WURCS
Issaku Yamada• ACGG-DB
Toshihide Shikanai•International Collaborations• ACGG-DB collaborations Kiyoko F. Aoki-Kinoshita, Hisashi Narimatsu• Glycoproteomics
Yang Zhang• GlycoStore
Sophie Zhao, Ian Walsh•

第8回ACGGカンファレンス（無錫）“Collaborative research among intra-Asian countries” 2016年10月13-16日– Hisashi Narimatsu, 'Promotion of Asian glycoscience by collaborative research among intraAsian countries'– Kiyoko F-Aoki Kinoshita et al., GlyTouCan version Toco: Integration Glycan-related
Databases using Semantic Web Technologies– Toshihide Shikanai et al., Conversion of JCGGDB to ACGG-DB by Semantic web application– Xia Zou et al., A standardized method for differential tissue glycome mapping by laser
microdissection and lectin microarray– Atsushi Kuno, Development of a new diagnostic system against liver fluke infection under theefforts of THA/LAO/JPN researchers in e-ASIA JRP

国際連携Conclusions:•To help scientists communicate about glycans more easily, GlyTouCan is an
important resource•Functionality to add PubMed IDs to glycans needs to be added, but otherwise
GlyTouCan looks stable enough to have support now•A white paper will be written (Mike Tiemeyer, Jim Paulson) to propose supporting
GlyTouCan as a community