蛋白質構造データバンクのデータ検証
高度化と統合化栗栖源嗣１，藤博幸２1)大阪大学蛋白質研究所，2)関西学院大学理工学部

wwpdb.org

0H. Nakamura
G. Kurisu

S. S. Velankar
S. K. Burley
J.L. Markley

生体高分子の3次元構造（形）に関する情報を集めた国際的データベース
1971年からのデータが集積され，情報は無償で利用できる．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．
2003年からは国際組織wwPDBとして活動している（PDBjは創立メンバー）．

1

第二期までのPDBj運営体制（〜2017.3）
阪大蛋白研 共同利用共同研究委員会・蛋白質立体構造データベース専門部会（国内諮問委員会）

wwPDB
代表研究者
中村春木（阪大蛋白研）
研究チーム事務員

阪大蛋白研より３名（中村, 藤原, 栗栖）
X線結晶学の専門家（井上豪）
NMR構造解析学の専門家（神田大輔）
構造ﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸｽの専門家（由良敬）Photon Factoryの専門家（千田俊哉）
SPring-8の専門家（城宜嗣）「蛋白質データベース開発研究室」
PDBj-BMRBDB登録・管理・運営・開発・統合化

PDBj DB登録・管理・運営・開発・統合化
代表：中村春木 （阪大蛋白研）

分担：藤原敏道（阪大蛋白研）

X線結晶構造／電子顕微鏡構造／NMR構造のDB登録・管理・開発：
中川敦史（教授)
アノテータ（4名）、プログラマ（2名）、研究者（2名）
異なる階層のデータと蛋白質構造情報の統合：中村春木（教授）、金城玲（准教授）、Standley, DM(阪大iFREC准教授）、猿渡茂（北里大准教授）、プログラマ（2名*）、研究者（3名*）
人材養成：中村春木（教授）中川敦史（教授）、金城玲（准教授）、研究者（3名*）

BMRBと外部DBとの統合化：
藤原敏道（教授)、児嶋長次郎（准教授）、
アノテータ（1名）、プログラマ（1名）、研究者（1名）
BMRB関連ツール群、ポータルサイトの開発：
藤原敏道（教授)、児嶋長次郎（准教授）、
アノテータ（1名*）、プログラマ（1名*）、研究者（1名*）
NMRデータの国際的な登録、公開と運営：
藤原敏道（教授)、児嶋長次郎（准教授）、
アノテータ（1名*）、プログラマ（1名*）、研究者（1名*）
2（*は重複）（*は重複）

今期のPDBj運営体制（2017.4〜）
阪大蛋白研 共同利用共同研究委員会・蛋白質立体構造データベース専門部会（国内諮問委員会）

wwPDB
代表研究者
栗栖源嗣（阪大蛋白研）
研究チーム事務員

阪大蛋白研より３名（中村, 藤原,）
X線結晶学の専門家（井上豪）
NMR構造解析学の専門家（神田大輔）
構造ﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸｽの専門家（由良敬）Photon Factoryの専門家（千田俊哉）
SPring-8の専門家（山本雅貴）
企業利用者の代表（上村みどり）「蛋白質データベース開発研究室」
配列・構造・機能解析高度化と可視化ツールの開発

PDBj DB登録・管理・運営・開発・統合化
代表：栗栖源嗣 （阪大蛋白研）（*は重複）PDBアーカイブの構築・検証：中川敦史（教授），
アノテータ（4名），プログラマ（2名＊），研究者（2名＊）
BMRBアーカイブの構築・統合化：藤原敏道（教授），宮ノ入洋平（准教授），アノテータ（1名），プログラマ（1名），
研究者（1名＊）
セマンティック化と構造データのアノテーション：金城玲（准教授）
プログラマ（2名*），研究者（3名*）
国際組織（wwPDB）との連携人材養成：中村春木（教授）栗栖源嗣（教授），中川敦史（教授），金城玲（准教授）

分担：藤博幸（関西学院大理工）
ASHビューアの開発：藤博幸（教授），
研究者（２名）3

蛋白質構造データバンクのデータ検証高度化と統合化
 １）wwPDBメンバーとしてのPDBアーカイブ構築・検証・公開
 ２）他のデータベースとの統合化および高度化 2-1)CSDとの統合化
 2-2)ASHビューアの開発→関西学院大学藤教授より
 2-3)アミノ酸の立体構造中での役割の自動アノテーション
 2-4)統合化されたデータベースおよび関連ツール開発
 ３）データベースの利用促進・人材育成
 3-1)利用促進・アノテータの育成 3-2)国際協力
 ４）達成達成目標と選考時に頂いた意見への対応
4

構造生物学領域の基盤データとして貢献

5

PDBjの活動• 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
・関連DBとの統合化や二次データベース・ツールの開発

6増え続けるPDB登録数
estimated number# of Deposited Entries

200000Total number of Annual Depositions
Accumulated Total number of Depositions
15000010000050000

02000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022

More than 1 billion atoms

Year
7

BMRBは構造以外の情報も含む
Year

NMRによって 構造情報を伴わな決定された
い化学シフトの登録
溶液構造の数 （揺らぎや相互作用を示すデータ）

Total

2013

486

308

714

2014

506

240

746

2015

427

333

760

2016

507

234

741
8

化学シフトのみの登録例（１）

Sulfur assimilation(SIR)

Nitrogen assimilation(Fd-GOGAT)

Regulation of
enzyme activity(FTR)

Chl biosynthesis(DPOR)
Many other enzymes(ex. HydA)BMRB ID:11596
Green: with PSI
Blue: without PSI

Carbon assilimation
(FNR)
Fd

Light

H+
PQH2
PQ

PS1

Orange: with FNR
Blue: without FNR

Cyt b6f complex

PC

PhotosystemⅠ
(PS1)

G43

L26
C40

A42

A44

E30

I25

V28
D22

T47

Y97
F64

E31

C45
A49

C45

A49

130

R41

130

R41

A44

A40

A42

S46

S46

10

9

8
1

H (ppm)

7

6

10

9

8
1

H (ppm)7

N (ppm)

120

A29

125

T47

D27
D61

15

A80

S39

125

Y81

Y24

15

V28
D22

S63

N (ppm)

120

T77

115

115

C48

V75
S39
D66
E23

I25

F38

V79

G43

G50

110

110

G33

6

9

化学シフトのみの登録例（１）PDB ID:5AUIにマッピング
D68
G43

D66
Q69

T77

G50
S46

A80

G50

S46
E93
C45
D61
T47
A42
V79
C40 S39

C48

Y81 Y24

E21

R41 F38

R41
D22

D22

D85

L36

D27
V28
E30

E23 V28
I25

F64

S63
A44

S60

T47
S39 N91

Q92

K72
Y97

Q62

V75

A42
C40
V79

D66
L65

I25

I34
G33

E31

A29

T. elongatus Fd with PSI
0.05

0.1
(ppm)

T. elongatus Fd with FNRS

disappeared peaks 0.025

0.05

0.1

(ppm)

Mutoh, et al, Biochem. 201510

クライオ電子顕微鏡（3DEM）の進展
 1.8Å structure in 2016
(PDB ID 5K12; EMD-8194)
 Increasing number of 3DEM
structures at 2-4Å resolution(75 in calendar 2015 and80 in first 7 months of 2016)
80

60

Resolution in Å

Number of PDB entries

70

50
40
30
20
10
0

0-2
2-3
3-4

2003 2005 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
7
9
2
1
1
2
5
6
3
5
30
68
71

9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

Year
11

3DEM Entriesの増加
1200

1000

Number of PDB entries

Released
800
Total
600

400

200

0
1997

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007
Year

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

As of August 1, 2016, >1100 EM entries in the PDB archive

178 new entries released Jan 1 - Aug 1, 201612

企業ユーザーからのバッチ登録にも対応へ
 Group Deposition processing Requirements set by wwPDB OneDep Team Provided support for D3R Blind Challenges

Batch deposition:
LogIn, Upload,
Download,
Communication

OneDep
DepUI

Issue
PDB &
Dep ids

RCSB PDB

Batch processing:
Scripts/Special
treatment + stand-alone
OneDep modules

OneDep
Biocuration

GroupDep
SystemDB
Load

ReleaseModulewwPDB
StatusDB

OneDepSystem13

PDB IDのバージョン化 Enable revisions to entries updated by the
Depositor of Record (e.g., Version 1-0  1-1; 1-0  2-0)
 wwPDB will NOT assign a new PDB ID going forward(for Depositor of Record revision only) Introduce new PDB ID code format
 Allow more informative and transparent delivery ofrevised data files
 With PDB prefix and extension of 4 characters(e.g., from “1ABC” to “PDB_00001ABC”)
 Example: PDB_00001ABC_XYZ_V2-2.cif.gz

14

共通登録サイト導入による効率化
 wwPDB datacenterの共通登録サイト
 Ｘ線，ＮＭＲ，電子顕微鏡の各手法で決定した座標を全て取り扱う
 実験データ（構造因子，化学シフトと距離束縛情報，EMマップ）の登録も行う

http://deposit.wwpdb.org/deposition/

15

PDBｊは日本を中心にアジア地区
からのデータ登録に責任を持つ

Americas,
Oceania

Europe,AfricaAsia

deposit.wwpdb.org

引き続き，アジア地区のデータ登録とデータ検証に責任を持つ．
16

ORCID IDの収集
 Successfully Implemented Apr 11, 2016
 Metrics (Apr 11 – Aug 31, 2016):
 ~8% of Depositions have ORCID ID (374/4713)
 170 unique ORCID IDs (92 identified as PIs)
 Plans to Increase ORCID Adoption
 Expand to all entry authors to provide ORCID (2017)
 Distribute collected ORCID IDs at ftp archive (2017)
 Mandatory going forward (2018)17

共通データ登録システム開発と高効率化
アノテーションに要する時間(a) ~1hr: 修正依頼の必要ない単純な構造

200
180
160

(c)

(b) ~4 hrs: 修正依頼を必要としない複合体などの複雑な構造

Number of Entries

140
120
100
80
60 (a)(b)40(c) ~15 hrs:登録者からの修正を必要とする構造

20
0

4

8

12

16

Processing Time (Hours)

登録システムと品質管理システムの改良により，更に効率化を計
18
る．

20

データ検証（Validation）レポートの発行と実験データの公開

Validation report のweb公開
登録時に必須とされている実験情報• X-ray: Structure Factor（構造因子）• NMR: 化学シフトと距離拘束情報• EM: 3DEM volume マップ

19

Validation reportの例19

wwPDBによるValidation reportが論文peer reviewのデフォルトに
Nature Struct. Mol. Biology, 23 (10), 871, 2016

“We are now taking a further step and are requesting
official wwPDB validation reports for peer review.
These reports are made available by the wwPDB after
data deposition(http://www.wwpdb.org/validation/validation-reports).
Other Nature journals will soon follow suit.”

20

PDBjの活動• 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
・関連DBとの統合化や二次データベース・ツールの開発

21

wwPDBにおけるRDF化の現状
wwPDB/RDF
http://rdf.wwpdb.org/

Kinjo et al. (2012) Nucl. Acids Res. 40, D453-D460.
Yokochi et al. (2016) J. Biomed. Semantics, 7:16.
Kinjo et al. (2012) Nucl. Acids Res. 40, D453D460.
Cryo-EM

SAXS

X-ray Structure

BMRB/RDF
http://bmrbpub.protein.osaka-u.ac.jp
NMR Structure

Large
Complex

Sequence

In UniProt RDF:

Exp. Information(X-ray, NMR, EM, etc) PPI (interaction)

22

wwPDBにおけるRDF化の現状
wwPDB/RDF
http://rdf.wwpdb.org/

Kinjo et al. (2012) Nucl. Acids Res. 40, D453-D460.
Yokochi et al. (2016) J. Biomed. Semantics, 7:16.

Linked Data:
Connect Distributed Data across the Web

http://linkeddata.org
BMRB/RDF
http://bmrbpub.protein.osaka-u.ac.jp

PDB
In UniProt RDF:

23

PDB/RDF example
By accessing http://rdf.wwpdb.org/pdb/1GOF,
a list of category holders for the PDB entry 1GOF
can be retrieved in the RDF/XML format.
Then, a list of category elements can be retrieved(again in the RDF/XML format).
Finally, for a particular category element, the listof properties of that element is retrieved.

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

24

25

Integration at NBDC RDF-portal

wwPDB/RDF

BMRB/RDFNBDC RDF-Portal
https://integbio.jp/rdf/26

ダウンロード数の推移
Total
Website

RCSB
PDB
FTP
Archive

RCSB
PDB
WebsitePDBe
FTPArchive

PDBe
WebsitePDBj
FTPArchive

PDBj
Website

Year

Total

Total
FTP
Archive

2011383,131,048

276,952,286

106,178,762

204,939,406

81,560,098

40,960,368

18,515,245

31,052,512

6,103,419

2012

376,944,070

255,837,735

121,106,335

213,510,347

90,438,501

21,601,103

23,982,801

20,726,285

6,685,033

2013

441,262,210

296,176,290

145,085,920

215,331,908

97,549,580

43,684,850

37,762,496

37,159,532

9,773,844

2014

512,227,251

339,193,721

173,033,530

237,168,615

110,115,316

52,362,370

48,031,414

49,662,736

14,886,800

2015

534,339,871

368,244,766

166,095,105

255,346,630

111,802,897

48,544,330

41,127,219

64,353,806

13,164,989

2016

591,876,087

366,677,897

225,198,190

293,648,366

161,208,456

30,274,284

44,432,830

42,755,247

19,556,904

2017

398,016,597

265,239,786

132,776,811

213,942,495

84,649,397

20,630,847

37,100,965

30,666,444

11,026,449

More than 1.6 million / day27

蛋白質構造データバンクのデータ検証高度化と統合化
 １）wwPDBメンバーとしてのPDBアーカイブ構築・検証・公開
 ２）他のデータベースとの統合化および高度化 2-1)CSDとの統合化
 2-2)ASHビューアの開発→関西学院大学藤教授より
 2-3)アミノ酸の立体構造中での役割の自動アノテーション
 2-4)統合化されたデータベースおよび関連ツール開発
 ３）データベースの利用促進・人材育成
 3-1)利用促進・アノテータの育成 3-2)国際協力
 ４）達成達成目標と選考時に頂いた意見への対応
282-1）Cambridge Structural Data (CSD)
との統合化

Year

PDBに含まれる化合物データ（CCD)を製薬企業な
どの創薬ユーザーが積極的に活用
29

Chemical Component Depositionの流れ

30

PDBとCSDの連携をデータ統合（RDF化）に生かす

データ検証の段階で，緊密な連携体制を構築
31

PDB中の化合物情報（CCD）とCambridge Structural Data（CSD）との統合化

32２−２）ASHビューアの開発
背景
アラインメントによる相同な立体構造やアミノ酸配列の比較
配列と構造を結びつけてタンパク質の機能情報を抽出するのに有効(ASHなどの比較ツール開発 )→ 関西学院大学 藤博幸教授より33

大容量データに対応した可視化
ユーザインタラクティブな機能解析のサポート

ASH Viewer

情報統合のプラットフォーム

大容量データに対応した可視化
ユーザインタラクティブな機能解析のサポート

A base for computational analysis of proteins...LIFDQALNKWGHHAE...
...LMFDQALARWGSHAE...
...LIYDQAIGKWGHGAE...
...MIYDQALCKWGAHAE...
...MIFNQAIAKWGHPAE...
PDBj・Structural Alignment: ASH, GASH, …
・Conservation/Divergence Analysis: SEALAPROBLEM
Increase of sequence and structure data
Several alignment tools have been developed
to handle enormous amount of data

TIPA_ARATH
TIPG_ARATH
S47037
T12439
T48886aqup[imported]
T07819
TIP1_TOBAC
T01648I52366utwchuman
A41616eimphuman
AQP1_MOUSE
AQP2_HUMAN
AQP5_RATMIP_HUMAN
AQP4_HUMAN
AQP4_RATTIPW_PEA
T02095tmrice
T04139tmrice
WC1A_ARATH
T01528
T03794aqupNT2
T09794mip
T14599mip1
WC2A_ARATH
T14600JC5791aqup9human
T04053nodu26homolog
AQY1_YEAST
aqp1_humanN
2T22051hypoC
2AQP8_MOUSE
2S01444nodu26
2JQ2286nodu26
2JQ2285nodu26
2T05028nodu26-like
2D69004hypoMTH
2A69428glpfhomolog
2AQPZ_ECOLI
2AQP3_HUMAN
2AQP9_HUMAN
2GLPF_ECOLI2GLPF_HAEIN
2T18834hypoC
2T16635hypoC
2GLPF_MYCPN
2GLPF_THEMA
2GLPF_BACSU
2T10253mp28cucurbit
2TIPA_ARATH
2TIPG_ARATH
2S47037
2T12439
2T48886aqup[imported]
2T07819
2TIP1_TOBACRADEAT-----------------HPDSIRATLAEFLSTFVFVFAAEGSIL
RPDEAT-----------------RPDALKAALAEFISTLIFVVAGSGSGMSHREVY-----------------EVGALKAALAEFISTLIFVFAGQGSGMRAEEAA-----------------HPETLKQALAEFISTLIFVFAGEGSGMRFDDSF-----------------SLGSFKAYLAEFISTLLYVFAGVGSAISFDDSF-----------------SLASLRAYLAEFISTLLFVFAGVGSAISIGDSF-----------------SVGSLKAYVAEFIATLLFVFAGVGSAISFRDSL-----------------SAASLKAYVAEFIATLLFVFAGVGSAIMASEFK-----------------KKLFWRAVVAEFLATTLFVFISIGSAL
MASEFK-----------------KKLFWRAVVAEFLATTLFVFISIGSALMASEIK-----------------KKLFWRAVVAEFLAMTLFVFISIGSAL-MWELR-----------------SIAFSRAVFAEFLATLLFVFFGLGSALMKKEVC-----------------SLAFFKAVFAEFLATLIFVFFGLGSAL-MWELR-----------------SASFWRAIFAEFFATLFYVFFGLGSSLAFKGVW-----------------TQAFWKAVTAEFLAMLIFVLLSLGSTIAFKGVW-----------------TQAFWKAVTAEFLAMLIFVLLSVGSTIEPSELT-----------------SWSFYRAGIAEFIATFLFLYITVLTVM
EPGELK-----------------SWSFYRAGIADFVATFLFLYITILTVM
EPGELK-----------------SWSFYRAGIAEFMATFLFLYITVLTVM
EPGELS-----------------SWSFWRAGIAEFIATFLFLYITVLTVM
EPGELS-----------------SWSFYRAGIAEFIATFLFLYITVLTVM
WR-QKS-----------------CRHGLFTELEFSMATFLFLYITILTVM
EPGELK-----------------SWSFYRAGIAEFVATFLFLYITILTVMDMEELK-----------------KWSFYRAIIAEFVATLLFLYVTVLTVIDGAELK-----------------KWSFYRAVIAEFVATLLFLYITVLTVIDMGELK-----------------LWSFWRAVIAEFIATLLFLYITVATVIKIQEIL-----------------QRKMVREFLAEFMSTYVMMVFGLGSVAKCLPVMGSTWGQHDTCFTDFPSPDVSLTRKLGAEFVGTFILIFTATAGPIKHHRFKISR------------DTLRDHFIAAVGEFCGTFMFLWCAYVICNMASEFK-----------------KKLFWRAVVAEFLATTLFVFISIGSALATLLSP-----------------GSQWWQGLIAETVVTFFLVHTILITAAFAIVQE-----------------QEQVAEALGIEIILTMLLVLAVCMGAVGTVPN------------------G-TNLQAFVFEFIMTFFLMFVICGVATGTVPN------------------G-TNLQAFVFEFIMTFFLMFVICGVATGTLPN------------------G-TNLQAFVFEFIITFLLMFVISGVATGTLPS------------------G-SNLQSFVIEFIITFYLMFVISGVATATAPFP-----------------GIGYWQAMLAETVGTFLLMITIMGIAVATAPFP-----------------GIGYGQAILTEAIGTFLLMLVIMGVAVEHSPG------------------GYSMLSALVVELVLSAGFLLVIHG-AT
ATYPSG-----------------HLDMINGFFDQFIGTASLIVCVLAIVDATYPAP-----------------YLSLANAFADQVVATMILLIIVFAIFDSTYPNP-----------------HINFVQAFAVEMVITAILMGLILALTDSTYPHP-----------------SLSIGGAFAVEFVITAILMALIMALTDASYPAP-----------------HLGLVNGFVDQFVATAVFVFLIAHIVDCSYPAL-----------------HVSNTTAFFDQFAGTALLVLFVCVVIDCTNPA------------------IFNIPRNFATEFVATSVLIASLLVAGSCTGPA------------------VRKYGANLLTEIIGTMVLLMGVLGIGASTGPS------------------IPHTFANVLSEVIGTFVLVLGILAIGAGFFVSS-----------------GISELHGFLLEILLTFALVYVVYATAVGFRLAS-----------------GVGAVNGLVLEIILTFGLVYVVYSTLIAFGLSA-----------------GVGVLNAFVFEIVMTFGLVYTVYATAITFGLTG------------------IGAWEAVVLEIVMTFGLVYTVYATAVAFALSA-----------------DVTVWNALVFEIVMTFGLVYTVYATAITHSVAG-----------------RVGAIEGVVMEIIITFALVYTVYATAATHSVAA-----------------GVGAIEGVVMEIIITFSLVYTVYPTAATHGVAA-----------------GLNGLQGVVMEIIITFALVYTVYATAAPROBLEM
It is difficult to analyze the alignment,
due to the huge volume.
There are several alignment viewers.
But, their functions are not enoughfor the investigation of the alignment.

どのように大量配列を可視化するか機能的に関連する類縁タンパク質をグループ化
して比較解析が行われる

系統樹あるいはユーザ指定のクラスタに従って、グループ化して表示

３種の入力データから可視化/解析（１） アラインメント（２） 立体構造（３） 系統樹あるいはクラスタ情報

系統樹のサブツリーの再構成と、それに連動するアライメントの表示の変更

KLMTGDFREDDRHGFPQWTYSAED

クリッカブルなノード

ノードに対応する
コンセンサスアライ
メント

系統樹のサブツリーの再構成と、それに連動するアライメントの表示の変更

KLMDGDFREDQRHGFPQWTYSAQDKLMTPDFRENDRHGFSQWGFGAED

サブツリーの展開

アラインメントの展開ユーザインタラクティブな比較解析
保存度/変異度 （配列/構造）
機能差を決定するサイトの推測 （配列/構造）
オーソログの推定
立体構造へのマッピング (Molmil使用）
分子進化工学データの解析

クラスタ情報の要約
サブツリー、コンセンサス配列に含まれる
配列/構造の情報 (本数、生物種、タンパク質名)

大容量データに対応した可視化
ユーザインタラクティブな機能解析のサポート

ASH Viewer

情報統合のプラットフォーム

情報統合のプラットフォーム

情報統合のプラットフォーム
各種データベースにある情報をネットを介してSPARQL
検索により収集し、それに基づいて解析
・ 定型検索 （組み込み）
機能情報(PDBJ)・ 非定型検索 (endpointとSPARQLを入力）
目的に応じてSPARQL検索ex) 生物種の情報から至適生育温度を得て、アミノ酸組成の違いを解析(Microme.db)

想定される利用方法

アラインメント

配列DB
配列

PDBj
構造

...LIFDQALNKWGHHAE...
...LMFDQALARWGSHAE...
...LIYDQAIGKWGHGAE...
.
.
.
...MIYDQALCKWGAHAE...
...MIFNQAIAKWGHPAE...

配列DB

PDBj

アラインメント

39 ...LIFDQALNKWGHHAE...
75 ...LMFDQALARWGSHAE...
81 ...LIYDQAIGKWGHGAE...
.
.
.
.
.
.
33 ...MIYDQALCKWGAHAE...
24 ...MIFNQAIAKWGHPAE...

ソースの至適生育温度

ベイズ最適化
Microbe.db...MLFNQAIAKWSHSAE...
好熱タンパク質の設計

配列DB

PDBj

アラインメント

39 ...LIFDQALNKWGHHAE...
75 ...LMFDQALARWGSHAE...
81 ...LIYDQAIGKWGHGAE...
.
.
.
.
.
.
33 ...MIYDQALCKWGAHAE...
24 ...MIFNQAIAKWGHPAE...

ソースの至適生育温度

ベイズ最適化
Microbe.db
立体構造上での設計の検討...MLFNQAIAKWSHSAE...

rational designへの手がかり

好熱タンパク質の設計

配列DB

PDBj

アラインメント

39 ...LIFDQALNKWGHHAE...
75 ...LMFDQALARWGSHAE...
81 ...LIYDQAIGKWGHGAE...
.
.
.
.
.
.
33 ...MIYDQALCKWGAHAE...
24 ...MIFNQAIAKWGHPAE...

ソースに関連する情報

ベイズ最適化他のDB...MLFNQAIAKWSHSAE...
設計

Javaで作成
・ JavaFX でGUIを作成

・ 要約機能にはJDBCを使用
・ SPAQL検索にはJenaを使用

開発体制
藤

全体の取りまとめ、機能解析部位, GUIの作成

山下 Jenaを用いたSPARQL検索部分
工藤 Molmilによる立体構造表示部分

研究開発テーマ

タスク

小タスク

2017年度

2018年度

2019年度

2020年度

２021年度２−３）アミノ酸の立体構造中での役割の自動アノテーション
PDB（座標情報）

SIFTS by PDBe/EBI

分子内相互作用

分子間相互作用外部リソースと座標情報の統合により各残基の立体構造中での役割（分子内・分子間コンタクト）と機能を自動的にアノテーション→残基レベルのデータベース解析が可能に！
46

２−４）統合化されたデータベース
および関連ツール開発よりユーザーが使いやすい統合化されたデータベースを目指して

wwPDB/RDF

BMRB/RDFNBDC RDF-Portal
https://integbio.jp/rdf/

47

セマンティック技術を利用したデータ検証の高度化
データの信頼性をマシン（AI）が判断できるようになり，
PDBのデータ統合化には極めて重要．

※データ検証ファイルのRDF化

48

揺らぎや相互作用などの情報も新フォーマットへ
Yokochi et al., J. Biomed. Sem. (2016)

更に，機械が理解出来るフォーマットへ
NMR-STAR v3
多機能検索エンジン

BMRBxTool

BMRB/XMLBMRBoTool

BMRB/RDF

多岐に及ぶデータベースリンク
49

蛋白質構造データバンクのデータ検証高度化と統合化
 １）wwPDBメンバーとしてのPDBアーカイブ構築・検証・公開
 ２）他のデータベースとの統合化および高度化 2-1)CSDとの統合化
 2-2)ASHビューアの開発→関西学院大学藤教授より
 2-3)アミノ酸の立体構造中での役割の自動アノテーション
 2-4)統合化されたデータベースおよび関連ツール開発
 ３）データベースの利用促進・人材育成
 3-1)利用促進・アノテータの育成 3-2)国際協力
 ４）達成達成目標と選考時に頂いた意見への対応
50３）データベースの利用促進・人材育成
3-1)利用促進・人材育成
 アノテータ育成：継続的な基盤データベースとして，wwPDBメンバーとしての共通のデータ品質管理を行えるアノテータを育成 データ寄託者・登録者に対する講習会等：日本結晶学会、日本蛋白質科学会でのランチョンセミナーやブース発表等で完成度の高いデータの登録を依頼（毎年開催）
 データ利用者に対する講習会等：日本生物物理学会、生命医薬情報学連合大会でランチョンセミナー＆講習会を開催（毎年開催）
 国際会議・シンポジウムの実施：国際運営諮問会議開催（2019年度予定），Hybrid Methodの国際集会を主催予定（2019年度）
62

３-２)国際協力
wwpdb.org • info@wwpdb.org

Pro fesso r Genji Ku risu
Institu te fo r Pro tein Research
Osaka Univ ersity
3 -2 Yam ad ao ka, Su ita, Osaka 5 6 5 -0 8 7 1 , JA PA N

Janu ary 2 1 , 2 0 1 7

Dear Pro fesso r Ku risu:
W e w rit e in stro ng est p o ssib le su p p o rt fo r yo u r ap p licatio n t o the Jap an Science and Tech no lo g y A g ency ( JST)
fo r co m p etit iv e renew al o f Pro tein Data Bank Jap an ( PDBj) fu nd ing . A s a fo und ing m em b er o f the W o rld w id e
Pro t ein Data Bank o rg anizat io n ( w w PDB; w w p d b . o rg ) , PDBj p lay s an essential ro le in ensuring the integ rity andut ility o f the PDB archiv e. The PDB archiv e, w hich serv es as the so le g lo b al rep o sit o ry fo r three-d im ensio nal
st ructu res o f b io lo g ical m acro m o lecu les, rep resents a critical reso u rce that is freely av ailab le to researchers anded ucat o rs w o rld w id e. Since it w as estab lished in 1 9 7 1 w ith just 7 p ro t ein stru ctures, the PDB has g ro w n tom o re than 1 2 6 , 0 0 0 ent ries. Co nserv at ive estim ates p u t the rep lacem ent v alu e o f the info rm atio n in thearchiv e t o d ay at m o re t han US$ 1 2 , 0 0 0 , 0 0 0 , 0 0 0 . Du ring 2 0 1 6 , ~ 5 7 0 m illio n PDB d ata files w ere d o w nlo ad edo r v iew ed o nline at w w PDB p artner w eb sites. PDB Users inclu d e structu ral b io lo g ists, co m p u tatio nal b io lo g ists,b io chem ists, b io p hysicist s, m o lecu lar and cellular b io lo g ists, and clinicians in univ ersities, ho sp itals, g o v ernm ent
lab o rato ries, and ind u stry ( includ ing p harm aceutical, chem ical, and b io techno lo g y co m p anies) . PDB d ata arealso u sed extensiv ely b y ed ucat o rs and stu d ent s to further their u nd erstand ing o f b io lo g y and hu m an healthand d isease.
In 2 0 0 3 , o rg anizatio ns fro m the US ( RCSB PDB, Ru tg ers University; rcsb . o rg ) , Eu ro p e ( PDBe, Euro p ean
Bio info rm atics Institu te; p d b e. o rg ) , and Jap an ( PDBj, Osaka Univ ersity ; p d b j. o rg ) cam e to g ether to estab lish the
w w PDB as the g lo b al custo d ian o f the PDB archiv e. These th ree fo u nd ing m em b ers p lu s BMRB at the Univ ersity
o f W isco nsin-Mad iso n ( b m rb . w isc. ed u) , w hich also has a p o rtal at Osaka Univ ersity ( PDBj-BMRB) , no w w o rk
closely w ith an internatio nal A d v iso ry Co m m ittee that rep resents stakeho ld er co m m u nities to ensure
unrest ricted access t o a co m p rehensiv e b io m acro m o lecular stru ctu re d at ab ase o f the hig hest q u ality. In
ad d itio n, the w o rk o f the w w PDB is inform ed b y a v ariet y o f sp ecial-p u rp o se task fo rces, m ad e up o f exp erts ina v ariety o f stru ctural b io lo g y areas. Each p artner o rg aniz atio n is resp o nsib le fo r co o rd inated d ata d ep o sitio n,anno tatio n, exchang e, an d d issem inat io n. In 2 0 1 6 alo ne, the archive g rew b y m o re than 1 1 , 5 0 0 ent ries. The
cu rrent size and g ro w th rate o f t he PDB m ake it im p o ssib le fo r any o ne co u ntry to fu nd and m anag e thearchiv e alo ne. Internatio nal co llab o rat io n is o f crucial im p o rtance. PDBj cu rrently p ro cesses nearly 2 0 % all o f
w o rld w id e d ep o sitio n s, inclu d ing all o f tho se o rig inating fro m researchers in A sia. PDBj p lay s a sim ilarly
im p o rtant ro le in m aking the PDB archiv e av ailab le to the g lo b al user co m m u nity .
The success o f yo u r fund ing ap p licatio n to JST is o f p aram o unt im p o rtance to the g lo b al scientific co m m u nity .
The w w PDB is an internat ional o rg anizatio n su p p o rting a g lo b ally accessib le d ata archiv e, w hich d ep end s
critically o n the success and stab ility o f PDBj and the o ther m em b er o rg anizat ions. A n y interrup t io n in o r
red uctio n o f PDBj fu nd ing w o uld rep resent a v ery serio u s threat t o the integ rity and o p eratio ns o f the PDB
archiv e. A ny co m p ro m ise o f the PDB archive w o uld in turn hav e ext rem ely d am ag ing effects o n researchers anded ucat o rs w o rld w id e.
In clo sing , w e w ish to exp ress o u r g ratitu d e t o y o u and y o u r team at Osaka University fo r all o f y o ur effo rt s o nb ehalf o f t he w w PDB and the g lo b al scient ific co m m u nity , and reiterate st ro ng est su p p o rt f or y o ur ap p licat io n.
Yo urs faithfu lly ,St ep hen K. Burley , M. D., D.Phil.
Disting u ished Pro f esso r o f
Chem istry and Ch em ical Bio lo g y
Ru tg ers Universit y
Directo r, RCSB PDB

Sam eer V elankar, Ph. D.
Team Lead er, EMBL-EBI
Head , PDBe

Jo hn L. Markley , Ph . D.
St eenb o ck Pro f esso r o f Bio m o lecu lar
St ru ctu re
Univ ersity o f W isco nsin-Mad iso n
Head , BMRB

63

蛋白質構造データバンクのデータ検証高度化と統合化
 １）wwPDBメンバーとしてのPDBアーカイブ構築・検証・公開
 ２）他のデータベースとの統合化および高度化 2-1)CSDとの統合化
 2-2)ASHビューアの開発→関西学院大学藤教授より
 2-3)アミノ酸の立体構造中での役割の自動アノテーション
 2-4)統合化されたデータベースおよび関連ツール開発
 ３）データベースの利用促進・人材育成
 3-1)利用促進・アノテータの育成 3-2)国際協力
 ４）達成達成目標と選考時に頂いた意見への対応
64

第3年時末，第5年時末の達成目標
研究開発テーマタスク

小タスク

2017年度

2018年度

2019年度

2020年度

2021年度

メインアーカイブの継続的構築
PDBアーカイブ構築

検証ファイルのRDF化
CSDとの統合化
3D自動アノテーション

プロトタイプ
管理，登録業務の効率化

実装，運用開始
永続化
プロトタイプBMRBデータ構築

XML，RDF化と応用

実装，Webツール
公開
長期運用化
開発，デモ試用

解析支援ツール

民間など支援長期運用化

65

選考時に頂いた意見への対応【１】Cryo-EMによって得られたデータ，１分子単位の揺らぎを含む動的データの取り扱い

Cryo-EMによって得られたデータは，既にwwPDBの枠組みにおいてEMDBとの協力体制が確立されており，現在でもPDBjのアノテータがCryo-EMの3Dvolume mapのデータベース化を実施していますが，今後ともさらに拡充します．
また、２−３）で示した『アミノ酸の立体構造中での役割の自動アノテーション』の開発項目が可能となれば，PDBの座標データと揺らぎを含む他の動的データの統合化は可能であると考えています．PDBjで開発済みのOmokage Search（EMデータとPDBデータのクロス検察ツール），ProMode（揺らぎ情報のデータベース）やeF-site（表面情報のデータベース）などの関連データベースを積極的に活用することで，総合的な立体構造データベースとして運営します．
具体的には，OmokageSearchには，複合体の場合に部分の「かたち」の類
似性を検索できるようにして，ProModeによる基準振動によって変形した「かたち」による複合体構造の検索も試みます。また，ProModeの結果をアノテートして「アミノ酸残基毎の揺らぎの大きさ」や「複数のアミノ酸間の動的性質の正と負の相関」を抽出したり，現在は青や赤の色として表示しているeF-siteによる「静電ポテンシャルの値」を抽出してアミノ酸残基毎の情報として付与したりして，これらについてもRDFによる統合化を進めたいと考えています，
66

選考時に頂いた意見への対応【２】CSD以外の生物学的データ[ゲノム，発現，相互作用など]との統合についてどのように対応するか
これまでのプロジェクト（第二期）で，データ検証ファイル以外のセマンティッ
ク・ウェブ化が完了しており，コミュニティーの大きな財産となっています．引き続き，DBCLSと一緒に他の生物学データとの統合化を計り，より一層の統合を目指して運営したいと考えております．すなわち，利用者が自ら探しに行かなくても，自動的に関連データベース（ゲノム，発現，相互作用など）から情報を抽出できる統合化を目指します．
具体的には，今回提案するASHの高度化とその統合的運用によって，最も利用者からのリクエストが多い蛋白質の立体構造およびアミノ酸配列のマルチ
プル・アラインメントを実施するASHのビューアを，情報統合プラットフォームとしての機能を持たせるようにいたします．これにより，情報統合で進められている様々なRDF化されたデータ（ゲノム，発現，相互作用など）をネットワークから抽出し，それらをアラインメントや立体構造に反映させようとする計画です．

67

選考時に頂いた意見への対応【３】3DEMの構造データの現状のデータ検証について

3DEMによる構造解析のデータは，現状では立体化学的妥当性のみを検証し，実験データに基づいた検証は行われていません．しかし，wwPDBでは出来るだけ早く実験データ（マップ）に基づいた検証を導入する必要があると考えています．専門家によるTFを組織し，マップを表すパラメーター（voxel size, density statistics,
projections, central slices, surface view at recommended
contour level), や一致度を示す指標 (map-density distribution,
volume estimate vs. contour level, rotationally averaged power
spectrum, depositor-provided Fourier Shell Correlation curve),などに基づいた検証の実装に向けて作業を進めています.

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