H23年度 統合化推進プログラム進捗報告会

糖鎖統合データベースと研究支
援ツールの開発（代表）産業技術総合研究所
立命館大学
野口研究所
理化学研究所©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

2012年2月24日

糖鎖統合グループの計画
統合化のための情報基盤整備
DB集約・データ収集・API

23
24

RDF化のための準備
URIの準備
アジア連携・統合化
25
欧米との連携・統合化のための準備・話し合い

ポイント•国内の統合•データベース拡充•ウェットの研究者のためのデータベース構築•統合化のための準備•国際連携（アジア・欧州・米国）©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

概要
連携強化
異分野のＤＢ

JCGGDBの機能強化と拡張

１～３年目

DBCLS
RDF化
センマンティックの利用

今までの文科省・統合DBプロジェクトの実験プロトコル
生物学系
化学系
糖鎖有機＆酵素合成DB
・合成のプロトコルを取りまとめる
・合成化合物（リソース）の提供
１～３年目

継続
・DBとサーバの管理
・JCGGDBのデータ更新
・新規DBの構築
拡張・DB間連携・有機的統合・研究者主導型の蓄積型DBにするための改良
・webやAPIの高機能化
・DBの知名度向上

統合化支援
更なる新規＆既存ＤＢの統合（国内）
未公開データをＤＢ化支援（国内）
海外ＤＢとの連携

研究支援ツールの構築

糖鎖関連のＤＢ
１～３年目

合成物の確認（研究支援）（一例として）糖鎖NMRDB・統一した条件下で糖鎖のNMRシグナル
１～２年目

NMRシグナルの構造への帰属ツールの開発など ２～３年目©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

3

データ拡充Chemistry Informatics(ChemInfo)の分野で利用されている立体構造を表記するデータ形式（SDF,SMILES,InChI,PDBなど）を利用して糖鎖構造を検索可能
多彩な機能
1)一致検索2)部分構造検索
3)Super Structure4)類似検索ステレオケミストリを区別して検索できる

糖鎖合成支援システム
配糖体DB
7万構造
機能の情報

新規構築
阻害剤DB 286構造
産総研のＧＧＤＢ
グリコシダーゼＤＢと連携

合成化合物DB:3975構造
反応経路DB:反応数：887件

単糖のDB
890構造

糖鎖構造DB6248構造野口研究所・東北大学
岐阜大学・東海大学
産業技術総合研究所

データ拡充

データ拡充

©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

平成24年度はURIの開発を行う

4

化学構造データ・管理用コマンドライブラリの開発
構造検索するためのコマンドラインライブラリを開発・登録・編集・削除

阻害剤DB
286構造

単糖のDB
890構造

コマンドでメンテナンス

配糖体
7万件

糖鎖構造DB6248構造糖鎖合成支援システム
合成化合物DB:3975構造
反応経路DB:反応数：887件©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

データ拡充
レクチンデータベース
レクチンと糖鎖の相互作用

糖タンパク質のデータベース
マウスの各組織由来の糖タンパク質を数種類のレクチンで捕集し解析したデータ更新作業中

実験で証明されたタンパク質の糖鎖修飾位置のDB©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

データ更新完了
論文投稿後に公開
6

糖タンパク質統合ＤＢ

論文で報告された糖タンパク質のデータを集約©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

新規ツール：GlycoFASTA
結果にアクセス（一週間後に結果を削除）
入力：Multi-fasta

暗号化したURLを送付

糖タンパク質統合ＤＢ
公開用アミノ酸配列©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

GlycoFASTA結果画面©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

統合化インターフェース構築のためのAPIを設置©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

糖鎖関連遺伝子に関連するデータベースの統合化のための情報基盤整備
Human Glyco-Disease
Genes Database糖転移酵素の基質特異性のＤＢ
API構築中７７の病名を収録
原因遺伝子(糖鎖関連遺伝子)
専門家が書いた病態情報を収録

API完成
API完成

阻害剤のデータベース
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

モデル生物のフェノタイプ情報

グリコシダーゼの基質特異性のＤＢ

平成24年度からは統合化インターフェースの開発

KOマウスDB(名古屋大学・古川グループ・産総研構築支援)

API完成

WormGlycoDB（仮称）API完成©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本(九州大学・野村グループ・産総研構築支援)

API完成

国際連携

©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

アジアでの強力な連携体制づくり
第１回目の目的は、４カ国の糖鎖研究の現状について参加者の間で共有すること。国際協力の枠組
みにおける糖鎖研究と糖鎖科学DBの可能性も議論した。

•2011年6月2～3日••
2011年10月26日
予定：2012年4月23-24日

第２回目の目的は、新しいメンバーに向けてACGGDBの取り組みや進捗などを説明。どのような国際協力が可能なのかを探った。
最初の取り組みとして、糖タンパク質統合データベースの構築を提案した。

アジア（中国・台湾・韓国）と欧州、米国のジョイントミーティング©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

共同研究グループ
立命館大学©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

実験プロトコルのデータベース
GlycoPOD–––

現在147プロトコルを公開
今年度は３０プロトコルを公開した。
毎年３０のプロトコルを執筆・公開していく予定

立命館大学と産総研の共同作業©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

15

[計画と進捗] 平成23年度は、GlycoEpitopeの新システムの開発を行った。Ruby on Railsの枠組に基づいた新システムの採用により、今後の運用・維持における持続可能性を高めることが期待できる。
現在、新システムは、全体のおよそ８０%程度の開発が完了しており、年度末までに向けてドラフト版の完成を予定している。
[改修予定]

平成２４年度は、作成された新GlycoEpitopeシステムの動作チェックおよび実際のデータ入力作業からのフィードバックに基づいた調整を予定している。その後、現行システムから新システムへデータの完全移行をもって、新システムとして運用する予定である。

[体制]

GlycoEpitopeの情報入力・管理体制は、現状で４名程度である。専門論文からエピトープ・抗体情報を収集するが、さらに管理者権限を付与された研究者による二重チェックを行い、正確性とクオリティを確保している。平成２４年度からは、新たに植物糖鎖を専門とする研究者がグループに参加することが決定しており、この領域の充実を図る。
エピトープ数および抗体数は、現在までにそれぞれ161件、578件となっている。
平成23年度末までに多少増え、平成24年度も継続してさらに登録数を増やしていく予定である、登録済みの抗体・エピトープに関するコンテンツを充実させるとともに、最終年度末には抗体数で700件となることを目標としている。

[予定]©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

http://www.glyco.is.ritsumei.ac.jp/epitope/

共同研究グループ
野口研究所©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

共同研究グループ（３）野口研野口研（１）研究開発題目 グライコナビデータベースの開発（２）研究開発の目的および内容
糖鎖大量合成や糖鎖研究において、化学構造の明確な糖鎖標準品は重要な意味を持っている。しかし、糖鎖標準品の合成方法や同定方法は複雑であるため、糖鎖合成に精通した合成化学者でなければ合成することが困難であることも多い。そこで、合成反応、NMRスペクトル、TLC、精製法のデータベースの開発を実施し、糖鎖標準品の合成をサポートする合成反応データベースシステムを開発する。
（３）本年度の研究開発実施項目・概要
本研究開発では、全研究開発期間を通じ糖鎖合成化学を専門とする研究者と連携し、研究リソースとして欠かすことのできない、糖鎖標品の合成法と合成物の品質を確認するためのシステム開発とデータ整備を行う。本年度においては、糖鎖合成化学を専門とする研究者との連携体制を整備する。さらに、NMRスペクトル、TLC、精製法データベース登録システムを開発する。また、NMR、TLC、精製法データ整理のための管理方法の検討および管理ツールの開発を行うとともに、合成反応、NMRスペクトル・TLC・精製法データベースのデータ整理・登録更新を行う。NMRスペクトルデータベース構築に関しては、理研と協力して実施する。また、合成反応のデータベースからJCGGDBの「糖鎖合成のための統合データベース」へデータを移行する際のAPIの改良も行う。

•糖鎖合成化学を専門とする研究者との連携体制•登録システム・管理ツール開発、データ整理・登録更新¾NMRスペクトル（理研・野口研）：管理ツール開発・データ整理¾合成反応データベース：管理ツール改良・登録更新¾TLC・精製法データベース：管理ツール開発・データ整理•「糖鎖合成のための統合データベース」データ移行APIの改良©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

糖鎖合成化学を専門とする研究者との連携体制を整備
糖質合成データベースワーキンググループを結成
Carbohydrate Synthesis Database Working Group(CSDWG)•東北大学 正田先生
•東北大学 小林先生
•東北大学 野口先生
•東海大学 稲津先生
•東海大学 北条先生
•東京工業大学 高橋先生
•東京工業大学 田中先生
•新潟薬科大学 小島先生
•岐阜大学 木曽先生
•岐阜大学 石田先生
•岐阜大学 安藤先生
•大阪大学 深瀬先生
•野口研究所 研究員

CSDWG
データ提供
糖鎖有機合成反応、NMRデータ等（文献…）
GlycoChemPOD
化学合成プロトコール集データベースへの要望…
システムに対する要望

野口研
NMR等提供データの整理・解析・登録
糖鎖合成反応文献の整理・登録
データベース表示構造式の検討・・・©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

糖鎖NMRデータベース開発（理研・野口研）～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年度開発

H24年度～

4.0
3.0
1.0

2.0

処理・解析

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

予測ツールの開発(Thousands)-1.00

NMR rawデータ

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

公開用
NMR-DB

帰属・登録
登録システム開発

帰属・解析DB©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

公開用データ変換

登録合成反応データ登録システムの改良

recognition

文献データ

RXN,RD形式

ChemicalSynthesis-DBInsert
Webサービス

Save

Webシステム

Function of Stock System¾Edit of chemical structure using CSEditor¾Registration of reaction information to local system¾Retrieval of reaction information¾Edit of reaction information (temperature, reaction time, etc…)¾Enter its comments, usage, and yield for each compound©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

保存データ
XMLを利用した
データ構造

TLC・精製法・NMR等データ登録システムの開発

Webサービス
文献番号、化合物番号より分子構造情報取得

GlycoNA
VI DB

Database

InsertWebサービス

保存データ
XMLを利用した
データ構造

Save

Webシステム

文献データ©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

糖鎖合成統合データベース開発「糖鎖合成のための統合データベース」データ連携APIの改良

GlycoNAVI-DB
Glycan Synthesis DB
Glycan Synthesis DBＤＢ

Organic
Synthesis DBＤＢ

Organic
Synthesis DBServiceＤＢWebAppCSEditor

APIAPI

Enzymatic
Synthesis DB

ＤＢWeb Application
InsertUpdateDelete産総研のJCGGDBにデータが集約する仕組み©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

産総研と野口研の共同

研究開発の達成度～データ登録整理～第１年次研究開発 (平成２３年度)
研究開発の達成度は、１）NMRスペクトル、TLC、精製法データベース登録システムの開発完了
２）合成反応データベースについては、合成反応を1500件整理・登録 ３）NMRスペクトル・TLC・精製法のデータを各50件整理することを判断基準とする。

１）データベース登録システムの開発
２）合成反応整理登録更新– 合成反応データ：

達成度(2012/2)
80％

73%

• 合成反応整理登録（1089件）

３）分子情報データ整理– NMRデータ：• 実験データ整理・帰属（18件）• 文献データ整理（200件）– TLCデータ：• 文献整理・登録（40件）

36%（400%）
80％– 精製法データ：• 文献整理・登録（59件）©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

118％

共同研究グループ
理化学研究所©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

RIKEN Glycan NMR Database

NMR Chemical shift Data
Chemical shift 経験則

Prediction of chemical shift(protein-free and -bound state)
Collaboration with Dr. Sugita’s group

NMRデータの蓄積
構造データの蓄積
計算機シュミレーション

Prediction of glycan conformation
Prediction of glycan-proteininteraction
26©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

RIKEN Glycan NMR Database
糖鎖のＮＭＲデータベース構築のコンセプト
既存の糖鎖ＮＭＲ化学シフトデータベースの問題点
SUGABASE:
http://www.boc.chem.uu.nl:8081/sugabase/sugabase.html
Glycosciences de: http://www.glycosciences.de/index.php
測定条件がまちまち
データベースが更新されていない
情報が部分的である

新しく目指す糖鎖ＮＭＲ化学シフトデータベース
同一の測定条件・同一の化学シフト基準物質とする
完全帰属と付加情報（3JHH等）
化学シフトと立体構造の相関解析等に適用可能©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

野口研と理研の共同作業 27

RIKEN Glycan NMR Database
ＮＭＲ測定・完全帰属をしたもの（１１月２３日現在）(glucose disaccharides)
8種類(bisecting GlcNAc form)
3種類(carbohydrate oligomers)
18種類(Glcβ1-3)nn=3-7Glcα1-2Glc
Glcα1-3Glc
Glcα1-4Glc
Glcα1-6Glc(Glcα1-4)nn=2-7(NeuAcα2-8)nn=2-6Glcβ1-2Glc
Glcβ1-3Glc
Glcβ1-4Glc
Glcβ1-6Glc*(GlcNAcβ1-4)nn=3,5*synthesis in progress

これまでに29種©2012 成松 久(産業技術総合研究所)
類 licensed under CC表示2.1日本

28

Relationships among RIKEN Glycan-RelatedDatabases
RIKEN Glycan Conformation Database
糖鎖立体構造の統計的情報「ＮＭＲ化学シフトデータ」と「立体構造」の関連づけ

RIKEN NMR Glycan Database
同一条件下での糖鎖ＮＭＲ化学シフトデータ29©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

まとめ
連携強化
異分野のＤＢ

JCGGDBの機能強化と拡張

１～３年目

DBCLS
RDF化
センマンティックの利用

今までの文科省・統合DBプロジェクトの継続
・DBとサーバの管理
・JCGGDBのデータ更新
・新規DBの構築

実験プロトコル
生物学系
化学系
糖鎖有機＆酵素合成DB
・合成のプロトコルを取りまとめる
・合成化合物（リソース）の提供
１～３年目

拡張
・DB間連携・有機的統合・研究者主導型の蓄積型DBにするための改良
・webやAPIの高機能化
・DBの知名度向上

統合化支援
更なる新規＆既存ＤＢの統合（国内）
未公開データをＤＢ化支援（国内）
海外ＤＢとの連携

研究支援ツールの構築

糖鎖関連のＤＢ
１～３年目

合成物の確認（研究支援）（一例として）糖鎖NMRDB・統一した条件下で糖鎖のNMRシグナル １～２年目

NMRシグナルの構造への帰属
ツールの開発など
２～３年目©2012 成松 久(産業技術総合研究所) licensed under CC表示2.1日本

30