統合的な転写制御データ基盤の構築
粕川 雄也
理化学研究所 生命医科学研究センター (IMS)
生命医科学大容量データ技術研究チーム
チームリーダーtakeya.kasukawa@riken.jp

統合的転写制御データ基盤

fanta.bio

ChIP-Atlas

シスエレメント

トランス因子・エピゲノム

バルク
5’RNA配列データ

シスエレメント
リファレンス（ヒト・マウス・非ヒト霊長類）

転写因子（トランスエレメント）
結合領域の統合データ

SRA
ChIP-Seqデータ

一細胞遺伝子発現データ

細胞種ごとのシスエレメント活性クロマチン状態・DNAメチル化の情報

SRA
ATAC-Seq
Bisulfite-Seq

ゲノムバリエーション
データ

近接する変異（ゲノムバリエーション）

エピゲノム
機能情報

ENCODE
IHEC
Roadmap統合的転写制御データ基盤• 転写制御に関わる• 「シスエレメント」• 「トランス因子（転写因子）」• 「エピゲノム（クロマチン状態）」の情報を集約したデータ基盤• すでに存在する「ChIP-Atlas」と新規作成する「fanta.bio」で構成される• データ作成を各々のDBで分担し一つのまとまったデータリソースとして公開予定• インタフェースは参照・検索目的ごとに各々作成する開発体制
研究代表：粕川G（理研IMS）• 研究開発の取りまとめ• ヒト・マウスのシスエレ
メントデータの作成• インタフェース開発• データベース運用

研究分担(1)：川路G（都医学研）• シスエレメント同定のパイプライン開発• 非ヒト霊長類のシスエレ
メントデータの作成

研究分担(3)：沖G（京都大）• トランス因子・エピゲノ
ムデータの収集• ChIP-Atlas更新

研究分担(2)：桝屋G（理研BRC）• ゲノム変異とシスエレメ
ントの対応づけ• メタデータの作成

fanta.bio

ChIP-Atlas新規作成

シスエレメントとはSNP
Silencer

Enhancer

TF

TF
mRNA/ncRNA

TF
TFBS

•
••
•

promoter

遺伝子発現の調節に関わるゲノム領域「プロモーター」・「エンハンサー」など非コード領域にあるものが一般的
細胞種ごとの特異的な発現を調節表現型に関係する多型・変異が頻出する• 全貌解明はまだ途上である

新規作成

シスエレメントの全貌解明に向けて
１）シスエレメントの位置（静的な情報）
シスエレメント

シスエレメント２）各細胞種・状態におけるシスエレメントの活性（動的な情報）
シスエレメント

３）どの多型が転写制御活性を変えるのか（論理的な情報）
C
シスエレメントT
シスエレメント

これらが網羅されたデータベースは存在しない

シスエレメント・データベース

新規作成

fanta.bio

シスエレメント
リファレンス（ヒト・マウス・非ヒト霊長類）

細胞種ごとのシスエレメント活性近接する変異（ゲノムバリエーション）

１）シスエレメントの位置（静的な情報）

２）各細胞種・状態におけるシスエレメントの活性（動的な情報）

３）どの多型が転写制御活性を変えるのか（論理的な情報）

シスエレメント・データベースの構築

新規作成

fanta.bio
シスエレメント
リファレンス（ヒト・マウス・非ヒト霊長類）

バルク5’RNA配列
データ

一細胞遺伝子
発現データ

細胞種ごとのシスエレメント活性ゲノムバリエーションデータ（ToGoVarなど)

近接する変異（ゲノムバリエーション）

データソース

利用者向け
インタフェース

外部データベース（遺伝子・ゲノム変異・転写因子・一細胞データ等）

外部連携DB新規作成

シスエレメント・データベース（ロードマップ）

FY2022

FY2023
１

FY2024FY2025

FY2026・小規模のシスエレメント領域データ作成
・上記活性データの作成
・インタフェース（α版）の提供

２

・中規模のシスエレメント領域データ作成
・上記活性データの追加
・インタフェース（β版）の提供
・シスエレメントデータの更新
・変異データの追加
３ ・インタフェース完成版の提供
・全データの更新
４ ・他DB連携データの提供
・インタフェースの更新

５
・全データの更新
・他DB連携データの更新
・インタフェース更新

概ね１年に１回程度のメジャーリリースを目指す

ChIP-Atlas

更新・拡張

https://chip-atlas.org/

更新・拡張ChIP-Atlas 1.0

ChIP-Atlas 収録済データ

個別 ChIP

ChIP-seq
統合データ

ChIP-Atlas 2.0

個別 ATACATAC-seq統合データ
個別 Bisulfite
Bisulfite-seq
統合データ図）ChromHMM
FANTOM5enhancer

Hetero Chr

Weak Enh

CD4 Tcell

Hetero Chr

Strong Enh Hetero Chr Active Prom

MacrophageTranscriptional elongation

CD4 Tcell

ChIP-Atlas高度化
新規アノテーションデータの追加• 発現制御関連エピゲノムデータ (ChromHMM等)• 疾患関連 SNPs (GWAS)データ• 量的形質 SNPs (eQTL)データ• TADs (Topologically Associating Domain) データ• その他リファレンスデータ（RepeatMasker, phastCons, LDblocks…）
新規手法データの追加• 新規ChIP-seq類似手法 (ChIL-seq, CUT&TAG)• 新規Bisulfite-seq類似手法 (EM-seq, PBAT法)
ChIP-Atlasデータ更新• SRAデータによる月次更新

更新・拡張

更新・拡張ChIP-Atlas（ロードマップ）• 新規にデータベースを開発する本提案におけるロードマップや想定されるボトルネックなどをご説明いただきたい。

FY2022

FY2023

FY2024FY2025

ChIP-Atlasの月次更新

新規アノテーションデータの追加

新規手法データの追加

機微データの追加

FY2026

データ連携ChIP-Atlas

fanta.bio
細胞毎のシスエレメント活性

シスエレメント領域

ゲノム変異

トランス因子
結合領域

シスエレメントとその活性を中心とした検索

トランス因子を中心とした検索

TrackHubによるゲノムビュー
UCSC Genome Browser(TrackHub)

Igvによるゲノムビュー（現行インタフェース）

外部DB連携外部データベース（遺伝子・ゲノム変異・疾患・一細胞データ等）

エピゲノム
機能情報

igv

まとめ
• 「統合的転写制御データ基盤」の構築• 対象データ：「シスエレメント」「トランス因子」「エピゲノム情報」• DB枠組：「既存の ChIP-Atlasの拡張」「新規のシスエレメントデータベース」• 新規構築のシスエレメントデータベース(fanta.bio)では• シスエレメントの位置（静的情報）• 細胞ごとのシスエレメント活性（動的情報）• シスエレメントと変異の関連（論理的情報）• ChIP-Atlasの高度化として• 新規アノテーションデータの追加• 新規手法データの追加• データセットの追加• 今年度中のα版公開を目指す

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謝辞• 理化学研究所IMS 生命医科学大容量データ技術研究チーム• 研究開発• 長谷川哲、Scott Walker、森岡勝樹、Imad Abugessaisa、 Nishad Thalhath• 計算機インフラ• 武田伸幸、北倉輝昭、古川章• 東京都医学総合研究所• 川路英哉• 理化学研究所BRC 統合情報開発室• 桝屋啓志、高田豊行• 京都大学医学研究科• 沖 真弥• FANTOM Consortium members