Research Center for Medical Glycoscience

平成24年度「糖鎖統合データベースと研究支援ツールの開発」の成果報告

代表研究機関：産業技術総合研究所
共同研究機関：立命館大学・野口研究所・理化学研究所・創価大学
2013年1月21日©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

「統合化推進プログラム」

Research Center for Medical Glycoscience
糖鎖統合データベースと研究支援ツールの開発【研究開発計画】研究代表者：成松 久（産業技術総合研究所 糖鎖医工学研究センター センター長）

研究支援ツールの構築
化学系実験プロトコル
・合成のプロトコル・反応・精製方法を取りまとめる（野口研）・合成化合物（リソース）の提供（産総研）
・公開を目指す

統合化支援

生物学系実験プロトコル

新規公開＆既存ＤＢの統合（国内）
未公開データをＤＢ化支援（国内）
統合化技術開発
海外ＤＢとの連携

実務者のノウハウ
毎年３０のプロトコルを執筆・公開（産総研・立命館）

国際会議（2回開催）を通して情報交換・共同開発

その他様々なツール開発

有機合成：
システム構築（産総研）・運営支援
ワーキンググループ（野口研究所・東北大学岐阜大学・東海大学・産業技術総合研究所）によるデータ蓄積し始める

アジア・欧米との連携・統合化のための基盤整備

RDF化の準備
URIの準備合成方法・生成物確認

連携強化

JCGGDBの機能強化と拡張

糖鎖有機（大量合成）
酵素合成DB（多様化）

DB間連携・有機的統合化を推進
NMRのデータの蓄積を継続

各種
ＤＢ拡充

糖鎖NMR-DB阻害剤のデータベース

合成物の確認

糖転移酵素の基質特異性のＤＢ（研究支援）

異分野のＤＢ

グリコシダーゼの基質特異性のＤ
Ｂ
Human Glyco-Disease Genes
Database

遺伝子名
糖鎖構造
構造名称

GlycoEpitope（抗糖鎖抗体DB）の高機能化立命館大学）

・糖タンパク質の実験データを充実
・論文で報告されている糖鎖修飾情報を充実させる（産総研）

モデル生物のフェノタイプ情報©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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実験データの公開やＤＢの高機能化©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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糖タンパク質データベース(マウス版)公開
GlycoProtDB

産総研

内容 IGOT法を⽤いて実験による糖鎖付加位置を同定したデータを公開した。
マウスの組織名と捕集分⼦（レクチンやHILICなどのカラム）の組み合わせで得られた糖ペプチド情報とその糖鎖付加位置を分かりやすく表⽰した。
マウスの情報を2012年4⽉に公開した。
今後は、糖転移酵素のノックアウトマウスの糖タンパク質の情報を追加する予定となっている。

GeneSymbols:1819
Glycosites: 5657

Kaji et al. J Proteome Res. 2012 Sep 7;11(9):4553-66©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience 立命館

GlycoEpitope Database
http://www.glyco.is.ritsumei.ac.jp/epitope/
平成25年度
新規抗体30件を収載予定

糖鎖抗原・抗体の機能データベース<背景＞平成17年 立命館大学糖鎖工学研究センタ―に創設研究者がインターネット経由でデータベースの作成に参加<内容＞ 171 Epitopes, 608 Antibodies (2013.01.18)
糖鎖エピトープを発現する糖タンパク質、糖脂質、プロテオグリカン、植物多糖糖鎖エピトープの合成や分解に関与する生合成酵素および分解酵素
糖鎖エピトープの発現する時期・場所、糖鎖エピトープの関連する疾病
糖鎖認識抗体の入手先
引用文献：PubMedへのリンク, PDFファイルに直接リンク©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience•

••

•

•

横断検索のMicrodata埋め込み「検索エンジンのための」メタデータであるmicrodataを各DBの詳細ページに埋め込むことで、一般の検索エンジンや横断検索での結果表示の際にリッチスニペット化が期待できる。
※ユーザは検索結果がどのようなエントリにヒットしたか理解しやすくなる。
「BH12.12/ schema.orgのライフサイエンス用語彙の作成」で暫定的に定義されたボキャブラリ（プロパティ）に準拠した。
12月の分子生物学会のブース展示の際に、Microdataの埋め込みに協力することになった。
今年度、埋めこみ作業中– 病原体と糖鎖（PACDB）– ノックアウトマウスを用いた機能糖鎖科学データベース– 糖鎖関連疾患遺伝子データベース– JCGGDB リポート•

産総研

HyperEstraierのindexに取り込んだもの– PACDB<B>"<FONT color="RED"><a itemprop="url" href="http://jcggdb.jp/sea<span itemprop="keywords">Carbohydrate binding</span><span itemprop="keywords">Disease</span><TABLE border=0 cellpadding=0 cellspacing=0 width=800><TR><TD><LI>Respiratory Tract Disease / <FONT COLOR="RED">L<span name="Host"><meta itemprop="description" content="Legionnaires' Disease is caus
<meta itemprop="description" content="host" /><meta itemprop="url" content="http://www.uniprot.org/taxonomy/9606<meta itemprop="entryID" content="9606" /></span><TD>caused by&nbsp;&nbsp;<U><I>Legionella pneumophila<span itemprop="taxon" itemscope itemtype="http://schema.org/Biolo<meta itemprop="name" content="Legionella pneumophila" /><meta itemprop="description" content="pathogen" /></span></span>©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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統合化の技術開発©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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収集している用語リスト
各種DB

論文

産総研

糖鎖構造・名称・ID
遺伝子・GeneSymbol,ID
生物種情報・Taxonomy ID (略称)
実験プロトコル（方法名・装置名・名称・遺伝子・糖鎖構造）
Abbreviationと展開形
単語、フレーズ（単・複数形など）
糖鎖構造・表記（シノニム）c
人名（著者名）
化学物質名©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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収集過程・シノニム吸収フィルター

産総研

単語やフレーズの表記ゆれを集める
各種DB
論文

何度も繰り返す

Sialyl-Lewis x
同じものを意味する表記には同sLex
じ番号になるように処理する
Si-Lex
JWG000001015
sialyl Lewis x
sialyl Lewis x epitope
Sialexsialyl Lewis X tetrasaccharide
NeuAc[alpha]3Gal[beta]4[Fuc[alpha]3]GlcNAc-R
Neu5Ac[alpha2-3]Gal[beta1-4](Fuc[alpha1-3])GlcNAc

文章中のシノニムを吸収するフィルターとなる©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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SweetWordFinder

産総研

URL 又は 英文

コピー＆ペースト

GD1b
興味のある単語をクリックするだけ
GT1b

実行ボタン

用語集に登録されているキーワードにリンクが付く（最長文字列にヒット）©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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産総研

統合化のインターフェース（試作版）JCGGDB Alliance DBs
遺伝子情報・基質特異性

オーソログ情報

連携を強化

阻害剤・構造ターゲットの酵素名、 EC番号、 Ki（阻害定数）、IC50（50%阻害濃度）、 阻害の様式、構造式、CAS番号、 分子量線虫

疾患・遺伝子

フェノタイプ

パスウェイ・遺伝子
GD3、CD60a、NeuAc[alpha]2-8NeuAc[alpha]23Gal[beta]1-4Glc[beta]1-1‘Cerを同じものとして処理する。
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糖鎖科学・実験プロトコル集
ＧｌｙｃｏＰＯＤ

産総研
立命館大学©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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実験プロトコルデータベース~GlycoPOD~
立命館・産総研

GlycoPODは、経験に依存する部分が多い糖質科学の実験において、糖鎖研究の初⼼者にもわかりやすい実験⼿法を公開している。
現在、156名の糖鎖科学研究者によって執筆された、15分野187の実験プロトコルが公開されている。平成24年度は約30プロトコルの執筆をお願いしている。そして、⽶国のグループも参加している。
各操作のノウハウや注意書きも追記できる。
現在は、ユーザが執筆者とQ&Aについてシステム上でやり取りできるように改良中。
最終年度は、ニューテクノロジを中⼼に３０前後のプロトコルの追加に加えて、全てのプロトコルの⾒直しも⾏うことにしている。
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糖鎖合成支援ツールの開発©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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野口研

糖鎖合成支援ツールの開発

糖質合成データベースワーキンググループ(CSDWG)によるデータ収集。野⼝研＆産総研によるデータ⼊⼒。

東北⼤学・東海⼤学・東京⼯業⼤学・新潟薬科⼤学・岐⾩⼤学・⼤阪⼤学

9.0
8.0
7.0
6.0
0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

確認合成(Thousands)-1.0

有機化学による糖鎖合成のプロトコル・合成反応をＤＢ化

10.0

11.0

産総研

5.2
5.1
X : parts per Million : 1H

GlycanSynthesis DB
・反応物・生成物などの構造検索
・合成経路検索・ツールの開発
合成に必要な基質・生成物から糖鎖の骨格をc抽出する機能の開発

5.0

4.9

4.8

4.7

4.6

4.5

4.4

4.3

4.2

4.1

4.0

3.9

3.8

3.7

3.6

3.5

3.4

Glyco
NMR-DB
構造のチェック・NMRのスペクトル比較ツール
・実験条件の統一化されたデータ合成できる構造が入手可
能な研究リソースとなる
変換ツール

糖鎖生物学者が理解できる
CFGシンボル形式
共同研究の促進©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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GlycoNMRデータベース開発〜糖鎖構造⽣物学・糖鎖合成化学〜

糖鎖NMR（核磁気共鳴）データベースの特徴• ⾼分解能(600MHz)• 統⼀測定条件• スペクトルの完全帰属

既存糖鎖NMR-DBの問題点• 低分解能• 測定条件が不均⼀• 部分的な帰属データのみ

H23年度構築済
11.0

予測ツールの開発

5.0
4.0
3.0

c(Thousands)
-1.0

0

1.0

NMR rawデータ

2.0

処理・解析

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

確認

H24年度～

5.2
5.1
X : parts per Million : 1H

• 標準測定条件決定• 登録データ選別• 登録データ形式決定

5.0

4.9

4.8

4.7

4.6

4.5

4.4

4.3

4.2

4.1

4.0

3.9

3.8

3.7

3.6

3.5

3.4

Glyco
NMR-DB

帰属・登録
登録システム開発

帰属・解析
DB登録公開⽤データ変換©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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GlycoNMR Database
糖鎖のNMRスペクトルは、糖鎖構造に於ける重要な情報源です。本データベースは、糖鎖研究において測定されたNMRスペクトルを解析し、分⼦構造、化学シフト、カップリング定数、スペクトル等をデータベース化して、閲覧・検索等をできるようにするものです。

野口研

NMRデータ：Galactose

1D NMR

検索条件

c2D NMR
化学構造

検索結果

数値データ

測定条件

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GlycoNMR Database データ取集：野口研・理研の共同
公開環境提供：産総研

登録管理システム：
インターネットから測定・解析したNMRデータの登録・更新・削除などの管理を⾏うシステムです。

cOpenIDによるユーザ認証

更新・削除画⾯

登録画⾯

XML形式スペクトルデータファイル

JCAMP-DX形式スペクトルデータ©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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糖鎖構造関連のPDBデータとの連携強化©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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Riken Glycan Conformation
Database(RGCDB)の位置付け

理研チーム

c

PDBに登録されている糖鎖関連タンパク質についてタンパク質の情報に加えてく糖鎖の情報について付加価値情報（糖鎖の構造、２面角等）を付け加えたのものをWEBデータベースとして公開.
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新規のWeb Interface
タンパク質の検索画面

理研チーム

糖鎖の検索画面

インデックスページ

c
糖鎖の検索結果
タンパク質の検索結果

連携
平成24年度公開予定©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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PDBに置ける単糖・糖鎖の再アノテーションプログラムの開発
３文字コードの曖昧さ

理研チーム

単糖・糖鎖のエラーチェック
水酸基のエラーc
3文字コードで表されている単糖•糖鎖(1087個)を単糖に変換。
その後JMSDB（JCGGDB単糖データベース）のベースコードに変換⇒PDB中の単糖•糖鎖をJMSDBやJCGGDBの構造DBと連結が可能になる。

単糖のエラー ⇒ 単糖の立体構造から単糖をアノテーションするアルゴリズムの開発
グリコシド結合のエラー ⇒ glycomedbから得られた結合情報に照らし合わせてエラーの再アノテーション
グリコシド結合の欠落 ⇒ 距離•角度情報より結合情報の付加再アノテーションプログラム（ β版）をsourceforgeから公開する予定©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience予定
平成24年度
10

平成25年度
12

統合化インターフェース
データ整備
配糖体
用語・シノニム
GlycoEpitope
共同開発
GlycoPOD
線虫DB
合成DB
NMR-DB
単糖表記の標準化©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience（仮）外部連携と標準化©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本
NATIONAL INSTITUTE OFADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY (AIST)

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糖鎖関連データベースの現状―ハブデータベースの不在―©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本○○○○部門Research Center for Medical Glycoscience

相互接続しようとすると…

課題が顕在化©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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糖鎖インフォマティクスの課題• ハブデータベースの不在• 標準的な表記法の不在
既存表記法の表現力不足
既存表記法では一意性を保証できない©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience

糖鎖インフォマティクスの課題• ハブデータベースの不在→DB間の相互リンク• 標準的な表記法の不在
既存表記法の表現力不足
既存表記法では一意性を保証できない©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience

相互接続のためのRDF化と共同開発©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience

糖鎖インフォマティクスの課題• ハブデータベースの不在• 標準的な表記法の不在
既存表記法の表現力不足
既存表記法では一意性を保証できない©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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糖鎖インフォマティクスの課題－糖鎖構造情報表記の不統⼀
例：単糖のさまざまな表記法
Separate
Substituents:

Scheme:Name:

MonosaccharideDBb-dglc-HEX-1:5||(2d:1)n-acetyl

CarbBankb-D-GlcpNAc

Glycosciences.deb-D-GlcpNAc

GlycoCTb-dglc-HEX-1:5

CFG

GNb

BCSDB

bDGlcpN

GLYCAM

0YB

Protein Data Bank

NAG

IUPAC

2-acetamido-2-deoxy-beta-D-Glucopyranose•(2d-1) n-acetyl•(2-1) Ac

http://monosaccharidedb.org©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本○○○○部門Research Center for Medical Glycoscience

糖鎖インフォマティクスの課題• ハブデータベースの不在• 標準的な表記法の不在
既存表記法の表現力不足既存表記法では一意性を保証できない©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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糖鎖インフォマティクスの課題―不完全な糖鎖構造情報―
JCGG-STR025670

構造解析が不完全でも学術論文は受理されてしまう現状。
曖昧な糖鎖構造を既存の表記法では表現しきれない場合がある。
©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本○○○○部門Research Center for Medical Glycoscience

糖鎖インフォマティクスの課題• ハブデータベースの不在• 標準的な表記法の不在
既存表記法の表現力不足
既存表記法では一意性を保証できないSemantic Webに対応できる糖鎖表記法の開発©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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糖鎖構造情報表記の標準化
新しい糖鎖表記法の開発

WURCS:
Web3 Unique Representation of
Carbohydrate Structures特徴：
あいまいな部分構造を含む糖鎖構造情報も一意に表記できる。
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糖鎖情報表記の標準化
糖鎖標準表記法の開発

WURCS“2-acetamido-2-deoxy-β-D-Glucopyranose”などの単糖名を基にした⽂字列を利⽤して糖を表記した場合、同じ構造の糖でも表記が異なる問題がある。 (α-L-Fuc vs. α-L-6-deoxy-Gal)
そこで、曖昧な糖鎖構造を同じ⽂字列で表記できる糖鎖標準表記法（WURCS)を開発している。
Monosaccharide:
β-D-Galp
β-D-GlcpNAc?-D-GlcpNAc
α-L-Fucp or α-L-6-deoxyGalp
α-D-Manp
β-D-Manp

WURCS: Monosaccharide
12112h-1:5
12122h-1:5||2:2*NC(C)=Ox2122h-1:5||2:2*NC(C)=O11221m-1:5
21122h-1:5
11122h-1:5

http://jcggdb.jp/idb/jcggdb/JCGG-STR001412

WURCS=1/[12112h-1:5]14[12122h-1:5||2:2*NC(C)=O]12[21122h-1:5]13<[12122h1:5||2:2*NC(C)=O]14)([12122h-1:5||2:2*NC(C)=O]12[21122h-1:5]16)[11122h-1:5]14[12122h1:5||2:2*NC(C)=O]14([11221m-1:5]16)[x2122h-1:5||2:2*NC(C)=O]©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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糖鎖構造情報表記の標準化
WURCSによる糖鎖構造表記を入出力や変換できるツールを開発して公開提供し、糖鎖表記の標準仕様とする。

©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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周辺分野との連携©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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RCMGから呼びかけで国際連携体制を形成©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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Warren Workshop 2012
• August 8-12, 2012
• Complex Carbohydrate Research Center(CCRC)• University of Georgia• Athens, GA, USA©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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Discussion (led by Will York)
glyspace

Registry• Everybody can register to submit new entries(structure/Composition) and retrieve an ID for his structure• Free and easy access with a wide variety of searches• By mass• By composition• By substructure• By Id in other resources (databases)• …
• Allows structures to be entered at an appropriate level ofstructure fuzziness (from composition to the fully definedstructure) and to explore related structures at different levels.
41©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience国際コミュニティ形成と共同開発
ACGG-DB3 Okinawa Meeting
BioHackathon2012Toyama
主要な糖鎖DB（GlycomeDB,BCSDB, MonosaccharideDB,UniCarbKB）ホルダーを招聘してRDF化を完了。
GlycoProtDBとUniProtの連携
RCMGから国内外の糖鎖科学研究者に呼びかけて、糖鎖科学データの標準化へ向けたキックオフミーティングを主催した。日米欧だけでなく東アジア諸国も含めての国際合意を形成し、グローバルな連携協力体制での糖鎖科学分野のSemantic Web技術対応の基盤開発を始めることができた。本会議のレポートはGlycobiology誌からの依頼で寄稿し掲載された。
（PMID:23271684）©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

Research Center for Medical Glycoscience

連携体制と開発成果（まとめ）• 標準化と基盤整備
内外の関連データベースのRDF化
BioHackathon12で各DBホルダーを招待して開発
糖鎖構造DB
GlycomeDB（米国） BCSDB（ロシア）MonosaccharideDB（ドイツ）
UniCarbKB（豪州）
糖鎖関連DB
GlycoProtDB（産総研）・・・UniProtと連携
GlycoEpitope（立命館大学）
オントロジー
DBCLSほか・・・海外DBとも連携
標準表記法
野口研、創価大、産総研・・・海外DBとも連携
ツール開発
WURCS関連（野口研、創価大、産総研）
PDB関連（理研）• 標準化のための活動
コミュニテイ形成
ACGG-DB3会議（沖縄、4月）主催・・・キックオフミーティング
BH12で糖鎖グループを組織
ACGG-DB4（済州島、10月）
国外会議への参加
Warren Workshop（米国）など©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

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２０１３年度連携関連予定
標準化と基盤整備
WURCS関連ツールを内外の連携先に提供
PDB糖鎖データ再アノテーションツールの公開
Semantic Web関連サービスの提供
既存関連DBのRDF化継続
糖鎖Ontology整備継続
標準化のための活動
糖鎖データ収集の国際標準化検討
ACGG-DB5会議（5月中旬予定）、ACGG-DB6（下期）
Beilstein Symposium（Potsdam、6月）
共同ツール開発
BioHackathon13（6月）に参加©2013 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本