SSBD: ⽣命動態情報と細胞・発⽣画像情報の統合データベース開発の進展
遠⾥ 由佳⼦, ホー ケネス, 京⽥ 耕司, ⼤浪 修⼀
理化学研究所 ⽣命システム研究センター 発⽣動態研究チーム

データベース構築の⽬的

2016年度の進展
定量化が求められる画像データの共有を開始

ライブセルイメージング技術と画像解析技術の発展により、分⼦や細胞などの⽣命現象を測定した顕微鏡画像データから、時空間情報を数値として含む定量データが計測されている。
しかし、これまで定量データは、異なるデータ形式で個別のサーバに公開されており、データの再利⽤性が低いという問題があった。
そこで我々は、定量データや画像データを収集・共有するデータベース SSBD を開発した。
今後、細胞⽣物学や発⽣⽣物学の分野におけるデータ駆動型研究の促進が期待される。

••••

最先端のイメージング技術や⼤規模計測で得られた画像データの収集と公開を開始した。
分⼦タンパク質

ウィルス

1 nm

10 nm

100 nm

時空間情報を数値として含む定量データ

バクテリア 細胞1 µm

画像のメタ情報の検索が可能になった。

two-photonSTEDTEM

C. elegans

10 µm 100 µm 1 mm

confocal

顕微鏡計測データ(Hamahashi et al. 2007)

シミュレーションデータ

SEM

PALM

電⼦顕微鏡

超解像度顕微鏡(Brandner and Withers 2010, CIL: 12415, 41488, 38651, 36148, 41000, 35161, 36572(PD))

HDF5形式の定量データの対応

定量データや画像データ、関連するソフトウェアツールを共有する統合データベースを開発した。

SSBD REST API をHDF形式に対応させることで、今後のデータベースの更新を容易にした。

顕微鏡画像データ
定量データ

data
scaleUnit

解析のためのソフトウェアツール 

oID

name

0

male_pronucleus

1

microtubule*0

objectDef

http://ssbd.qbic.riken.jp

object00…

feature

BDML形式に対応

1…

2…

,-)

  0featureDef収集BDML形式

クリックでダウンロード
クリックで詳細表⽰(Kimura and Onami 2005)

Systems Science of Biological Dynamics (SSBD) database

オリジナル形式

TIRF

1ID

t

entityxyz

N001

0sphere

189

251

17.2

3.96

ID

t

entitysIDxyz

N002

0

line

0387

153

16.6

N002

0

line

0388

154

16.7

N002

0

line

1365

245

15.0

N002

0

line

1364

246

15.3

 radius



1

Series…
linkInfo



&$'+/ %'

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…

312+/" 

顕微鏡画像データ

定量データ

レポジトリとしての利⽤に対応

共有ソフトウェアツール(Tohsato et al. Bioinforma-cs, 2016)

定量データや画像データの⼀覧
対象種類

#BDML

文献

(." 

定量データの可視化例

画像データおよび定量データのレポジトリとして、Toyoshima et al. 2016 の論⽂で SSBDが利⽤された。
(Toyoshima et al. 2016より抜粋)

分⼦から個体の動態の定量データや画像データを収集し共有している。
生物種

参照されたURL

新規追加#en++es

公開中

#画像

公開準備中
顕微鏡*1)

E. coli

分⼦

モデル

Arjunan & Tomita 2010

17210-

D. discoideum

分⼦

計測

Komatsuzaki et al. 2014

1987

1,800

TIRF

D. discoideum,培養細胞 (PC12), NA
C. elegans

分⼦

計測/モデル Watabe et al. 2015

4 745,846,573

41

Confocal

核計測

Bao et al. 2006

224,7470-

C. elegans

核計測

Kyoda et al. 2013

186

75,95526,640DIC

C. elegans

核計測

Toyoshima et al. 2016

14125,426

13,954 Confocal, SDC, EF

C. elegans

核計測

Tohsato et al.

1,582

2,430,536

C. elegans

核計測

Kyoda et al.

1,147

C. elegans

細胞計測

Takayama & Onami 2016

119

C. elegans

前核/微⼩管 モデル

Kimura & Onami 2005

100

C. elegans

⾏動計測

Cronin et al. 2005

11

15,822

D. melanogaster

核計測

Keller et al. 20102

D. rerio

核計測

Keller et al. 2008

7M. musculus

核計測

Bashar et al. 20121

M. musculus

発現計測

Harima et al. 20132

M. musculus

分⼦計測Ochiai et al. 2015

0M. musculus (iPS), NA粒⼦計測

Tanaka & Fujita 2015

M. musculus

発現計測(Omics)

Masumoto et al. 2010

培養細胞 (NRK-52E)

細胞計測

培養細胞 (CHO, MDCK) 分⼦培養細胞 (CHO)

分⼦培養細胞 (MDCKII)
培養細胞 (HT-1080)

4,512

DIC

360x66x1147

DIC

24,60877,306SDC

2,400,1000-

0-5,111,8280-

56,584,8400-

2,054

2,800

SDC

146146

BF

061

SDC

2014,573

Phase

8480-

Aoki et al. 2013

00856

EF計測

Matsuda et al. 201200289

Two-photon計測

Matsuda et al. 2015

00290Incubator EF分⼦

計測

Takai et al. 2015

2111

120

MF

細胞

計測

Kunida et al. 2012

00211

FRET

培養細胞 (MCF10A)

細胞計測

Matsumoto et al. 201600300

EFNA粒⼦

計測

Tanaka 2014

00200

EF

RDF形式のメタ情報の外部データベースへの共有

NBDC RDF Portal (http://integbio.jp/rdf/)

定量データや画像データセットのメタ情報をRDFで記述し公開した。
定量データと画像データのメタ情報
RDF/Ontology

S
<URI>

P
<URI>

O
<URI>/literal

SSBD RDF の現バージョン• 18,319 triples• 14 classes• 33 properties.
RIKEN MetaDatabase (http://metadb.riken.jp)

PREFIX ssbd: <hdp://metadb.riken.jp/db/SSBD/>
PREFIX obo: <hdp://purl.obolibrary.org/obo/>
PREFIX bqbiol: <hdp://biomodels.net/biology-qualiﬁers/># Searching for resources related with mouse
SELECT ?s ?desc FROM <hdp://metadb.riken.jp/db/SSBD> WHERE {?s obo:RO_0002162 obo:NCBITaxon_10090 . # mouse?s ssbd:descripEon ?desc .
}# Searching for experimental resources related with pronuclear migraEon in C. elegans
SELECT ?s ?desc FROM <hdp://metadb.riken.jp/db/SSBD> WHERE {?s obo:RO_0002162 obo:NCBITaxon_6239 . # C. elegans?s bqbiol:isVersionOf obo:GO_0035046 . # pronuclear migraEon?s ssbd:basedOn ?text FILTER regex(?text, ”measurement", "i") .
?s ssbd:descripEon ?desc .
}1) TIRF: 全反射照明蛍光顕微鏡, Confocal: 共焦点顕微鏡, DIC: 微分⼲渉顕微鏡, SDC: スピニングディスク共焦点, EF: 落射蛍光顕微鏡,
BF: ⽣物発光イメージングシステム, Phase: 位相差顕微鏡, Two-photon: ⼆光⼦励起顕微鏡, Incubator EF: インキュベータ落射蛍光顕微鏡, MF: 多⾊発光イメージングシステム, FRET: FRETイメージングシステム

新規データの⼀覧
Dictyosteliumの細胞

C. elegansの神経細胞

C. elegansの卵⺟細胞

M. musculus M. musculusの胚性幹細胞 由来iPS細胞

培養細胞(Watabe et al. 2015) (Toyoshima et al. 2016) (Takayama & Onami 2016) (Ochiai et al. 2015) (Tanaka & Fujita 2015) (Aoki et al. 2013)

培養細胞（Kunida et al. 2012)

In vitro(Tanaka 2014)

定量データを可視化した例
E. coli の⼀分⼦動態 (Arjunan & Tomita 2010)

D. melanogaster の細胞核分裂動態 (Keller et al. 2010)

C. elegans の細胞核分裂動態 (Kyoda et al. 2013)

M. musculus の細胞核分裂動態 (Bashar et al. 2012)

今後の課題
データの急増やレポジトリとしての利⽤に備えデータベース機能を充実させる。
• データの登録作業の簡略化・効率化• データベース統合化の中⻑期的な体制の構築

参考⽂献• Tohsato, Y. et al. (2016) SSBD: a database of quanEtaEve data of spaEotemporal dynamics of biologicalphenomena. Bioinforma-cs, doi: 10.1093/bioinformaEcs/btw417.
• Kyoda, K. et al. (2015) Biological Dynamics Markup Language (BDML): an open format for represenEng
quanEtaEve biological dynamics data. Bioinforma-cs 31, 1044-1052.

謝辞
本研究の成果の⼀部は、科学技術振興機構（JST）バイオサイエンスデータベースセンター（NBDC）の統合化推進事業と戦略的創造研究推進事業(CREST)、理化学研究所の戦略的研究展開事業の補助による。

Licensed under a Creative Commons 表⽰4.0国際©2016 遠⾥由佳⼦(理化学研究所⽣命システム研究センター)