トーゴーの日シンポジウム 2014年10月5日

PDBjとPDBj-BMRBにおける生体高分子の構造とダイナミクス情報
藤原 敏道（大阪大学蛋白質研究所・教授）© 2014 藤原敏道（大阪大学）licensed under CC表示2.1日本

蛋白質の形のデータバンク：PDB・生体高分子の構造（形）に関する全ての情報を集めた国際的データ
ベース：データバンク方式（1971年から開始）
・情報は、研究者・教育者・学生・企業を問わず無償で利用される・運営は各国（米国、欧州、日本）の政府機関による研究費用でまかな
われている→ 国際組織wwPDBとして活動（PDBjは2003年からの創立メンバー）
X線結晶回折実験，核磁気共鳴（NMR）法，超低温電子顕微鏡（EM），による実験結果のアーカイブ

Kleywegt, G

Markley, JL

Berman, HM

Nakamura, H

Burley, SK(RCSB-PDB)

蛋白質の形のデータバンク：PDB• X線結晶回折実験

結晶作成 → X線回折像 → 電子密度ﾏｯﾌﾟ → 原子モデル作成• 核磁気共鳴（NMR）法

SPring-8
放射光施設

15N (ppm)

超高磁場NMR装置

1HN (ppm)• 超低温電子顕微鏡

PDBj @ 大阪大学蛋白質研究所
Protein Data BankJapan

2001年度から、（独）科学技術振興機構（JST-NBDC：ﾊﾞｲｵ日本蛋白質構造データバンク ｻｲｴﾝｽﾃﾞｰﾀﾍﾞｰｽｾﾝﾀｰ）の支援を受けて活動中

http://pdbj.org/

PDBj トップページ（日英中韓）

PDBj スタッフ(2014年4月)

PDBj @ 大阪大学蛋白質研究所
PDBj-BMRBNMR実験データのデータバンク

BMRBデータ登録サイト

PDBj –BMRBポータルサイト（日英中韓）PDBjの活動

PDBj で処理された件数(23,573, 2014年9月24日)
PDB の総データ数 (103,557, 2014年9月24日)• Data-inの活動：
wwPDBの一員として品質管理をしつつ登録作業を実施
新たな標準フォーマット等の開発(PDB/RDF, BMRB/RDF)• Data-out の活動：
共通データのダウンロードサイト（毎週アプデート）の運営
種々のサービスや二次データベースの開発・提供

PDB登録データ件数

100000
80000
60000
40000
20000
02000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014*年（＊2014年は9月24日まで）

BMRB（化学シフト）, PDB（原子座標）の登録総数の推移(9,737, 2014年9月21日)
PDBにおけるNMR
構造登録件数

10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
10000PDBj，PDBj-BMRBのData-out活動
http://pdbj.org/
PDBj-BMRBNBDC北海道
データセンター
大阪大学
蛋白質研究所

ポータルを二重化

世界標準のRDF format の開発→DB統合化
PDB/RDF
http://rdf.wwpdb.org/BMRB/RDF
http://bmrbpub.protein.osaka-u.ac.jp

In UniProt RDF:

Kinjo et al. (2012) Nucl. Acids Res. 40, D453-D460.

第二期プロジェクトの紹介
１）蛋白質構造アーカイブの構築・公開
１−１）wwPDBメンバーの一員として、データ登録・編集・品質管理（remediationを含む）の実施
１−２）リガンド・蛋白質複合体結晶解析による医薬スクリーニング
データの精密化・登録支援

２）異なる階層のデータと蛋白質構造情報との統合化
２− １）遺伝情報を活用した遠縁蛋白質検出と蛋白質機能推定サービスの拡張２− ２）蛋白質複合体に対する多面的解析ツールおよびサービスの開発と公開
２− ３）統合化されたNMR実験データベースを有効利用するためのツール群開発と高度化

3)人材養成の実施

１）リガンド・蛋白質複合体結晶解析による医薬スクリー
ニングデータの精密化・登録支援
蛋白質・リガンド複合体や抗原・抗体複合体構造）における構造精密化と登録作業のパイプライン構築 → 将来ビッグデータに（H26年度:パイプライン構築と試行，H27年度：公開・実施）
製薬企業等における化合物・蛋白質受容体の複合体結晶構造：構造因子、アポ体（疑似アポ体）の原子構造

構造精密化

PDBが許容する精度に

PDBへの登録用ﾌｧｲﾙ

PDBj
登録ｻｲﾄ

入力情報
化合物情報
ChemComp,LigandBOX, PubChem
Epoxide hydrolase(含阻害剤電子密度＋アポ体構造モデル）

S0A

Epoxide hydrolaseの阻害剤（S0A: 1-[(1R)1-cyclopropylethyl]-3-phenylurea)構造を電子密度にフィットして構造精密化

２）異なる階層のデータと蛋白質構造情報との統合化
第１期：世界標準のRDFフォーマット（PDB/RDF, BMRB/RDF）など技術的基盤を開発・確立
第２期：コンテンツ・レベルでの階層間の統合化
Large structuresin PDB & EMDB

配列情報
構造のRedundancyやPDB中のアミノ酸番号の不一致等、統合化の障害を解消蛋白質構造情報
NMR実験情報

細胞内装置の構造情報
EM画像の形の類似性検索
eF-site (静電的分子表面：下図)/ ProMode (基準振動ダイナミクス)

分子生物学・生化学
実験情報HIV-1 Capsid 3J3Q, 1356 chains, >2M atoms

BMRBが蓄積するデータ群

化学シフト

リガンド相互作用情報

ドメイン配向情報
ダイナミックに関する情報

創薬研究に直接利用できる
実験情報

BMRBデータのXML化とＲＤＦ化
NMR-STAR v3

BMRBxTool

BMRB/XML

bmr15400.xml

bmr15400.str

BMRBデータをマシンリーダブルな形式に変換
外部データとのリンクを記述

BMRB/RDFによってリンクされる外部
データベース

豊富な外部データベースとのリンクにより、データベース間検索を実現

データベース間の検索とその応用

BMRB
4280
4280
4280
4280
4280

NMRデータ

配列情報

BMRB

UniProt

変異L100V
R106W
R133C
E137G
A140V

OMIM
300005300005300005300005300005dbSNP
rs28935168
rs28934907
rs28934904
rs61748392
rs28934908

一塩基置換情報
疾患情報
OMIM

２次構造 SASA% ∆∆Ghydr
Coil22.5 3.9
Strand8.0
11.8
Coil49.4 7.2
Helix
41.7 6.6
Helix
42.0 1.7

溶媒露出度の高い
親水性残基の変異

R133E137

ＢＭＲＢエントリから出発し、構造情報、疾患情報へ

NMRデータの公開サイトと可視化ツール

化学シフトの統計分布

スペクトルデータのシミュレーション

距離制限情報の構造へのマッピング

NMRダイナミクス情報の構造へのマッピング

ＭＤ計算によるダイナミックスのシミュレーションを動画で公開

NMRデータの解析とデータベース登録を支援するプログラムMagRO

詳細はポスター番号３４をご覧くださいfit_robot: 複数ドメインの構造的共通部分を自動抽出
原子間距離の分散相関行列

明確なクラスターが２つ見える
2.5
21.5

多次元尺度構成法
クラスタリング

10.5
0-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

2.5

-0.5
-1-1.5-2-2.5

ダイナミック情報の抽出、NMR構造のクオリティ評価やモデリ
ング解析への応用が可能

詳細はポスター番号３４をご覧ください結語
ビッグデータを活用した生命科学研究
・さまざまなデータ（さまざまな階層, 実験手段,生物種）を統合した研究→新たな知識発見へ
・品質管理されたデータの提供（専門家による国際的Annotation組織）
・安心して使えるデータベースの運営（Science SocietyとDB運営者との交流）

PDBj members in 2014