cqà »Õ µ coxpresdb - hinv.jphinv.jp/lecture/pdf/2012-11-03_j30_tutorial_coxpresdb.pdf · 共...
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細胞システムの包括的理解に向けて
遺伝子はバラバラに機能しているのではない
細胞システムの包括的理解に向けて
ある遺伝子は別の特定の遺伝子と協調して機能している
ゲノムに直接規定されているネットワークは3つ
遺伝子発現制御領域
共発現network
PPInetwork
Pathwayネットワーク
Protein A Protein B
Gene A
Gene B
Protein A Protein B
タンパク質-リガンドnetwork
もくじ: 遺伝子共発現
根拠
リスト表示
ネットワーク表示
タンパク質複合体のサブユニット
各サブユニットの量は協調的に制御されている
量が多い量が少ない
遺伝子発現の類似性を用いた遺伝子発見法mRNA量
条件1 条件2 条件3 条件4
条件1 条件2 条件3 条件4
mRNA量
たった４条件での絞り込みでは擬陽性が多い
Subunit ASubunit ?
Subunit ?Subunit ?
Subun
it ?Subunit ?
Subunit ?Subun
it ?
Subunit A
Subunit ?
NCBI GEOのデータ量の推移
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
2000 2005 2011
マイクロアレイ登録数
年
50万サンプルの発現データ
遺伝子共発現 = 発現パターンの相同性
サンプル
遺伝子 A
遺伝子 B
発現パターン
共発現(r=0.7)
発現パターンの相同性は相関係数で計算する
遺伝子共発現：タンパク質複合体
プロテアソームサブユニットをクエリにすると，別のサブユニットを探すことができる．
ガイド遺伝子: PSMB9 (ヒト)
共発現の指標Prediction Accuracy (AUC)
1st9th
PCC 順位 MR(相互ランク)
3
PCC
0.6
geneY
geneX
geneY
geneX
geneY
geneX
MRPC
C ra
nk
PC
C
1 ; Perfect prediction0.5; Random prediction 相互ランクはピアソンの相関係数より良い
PCC順位の
幾何平均
代謝系の酵素群出発物質
最終産物
酵素 A
通常 増量 減量最終産物 最終産物
出発物質 出発物質
酵素 B
酵素 C
酵素 D
酵素 E
全ての酵素がパラレルに制御されている（少なくともある程度は）
遺伝子発現の類似性を用いた遺伝子発見法
出発物質
最終産物
酵素 A
酵素？
酵素？
酵素？
酵素？
mRNA量
条件1 条件2 条件3 条件4
条件1 条件2 条件3 条件4
酵素 A
mRNA量 酵素？
大量のマイクロアレイデータを用いて遺伝子発見を行う
遺伝子共発現：酵素
遺伝子共発現：酵素
IPP
Squalene
Lanosterol Zymosterol
Cholesterol
DHCR7
遺伝子共発現：酵素
IPP
Squalene
IDI
FDPS
FDFT1
Lanosterol
SQLE
Zymosterol
Cholesterol
CYP51A1
SC
4MO
L
NSDHL
DHCR24
EBP
DHCR7
Up to the best 25 coexpressed genes
LSS
SD5DL
TM7S
F2
どのような経路が共発現解析に向いているのか
複合体 代謝経路
■ Peng et al. (2012) Plant Cell■ Ishihara et al. (2009) PCP■ Takabayashi et al. (2008) Plant Physiology■ Takahashi et al. (2008) EMBO■ Ishikawa et al. (2008) PCP■ Ishihara et al. (2007) Plant Physiology
■ Christ et al. (2012) Plant Physiol■ Maeda et al. (2011) Nature Chem Bio■ Pfalz et al. (2011) Plant Cell■ Barratt et al. (2011) Plant Physiol ■ Kai et al. (2011) Plant Biotech ■ Bednarek et al. (2009) Science■ Okazaki et al. (2009) Plant Cell■ Sawada et al. (2009a) PCP■ Sawada et al. (2009b) PCP■ Yonekura-Sakakibara et al. (2008) Plant Cell■ Yonekura-Sakakibara et al. (2007) J Biol Chem
■ Knoll et al. (2012) Plant Cell■ Xie et al. (2012) Nucleic Acids Res■ Tanaka et al. (2010) Plant J■ Long et al. (2010) Plant Cell■ Sugano et al. (2010) Nature■ Doniwa et al. (2010) Gene■ Yamada et al. (2008) Plant Cell■ Sano et al. (2008) Plant Biotech■ Hirai et al. (2007) PNAS
Obayashi and Kinoshita (2010) J Plant Research
シグナル経路
共発現データベース COXPRESdb
http://coxpresdb.jp
73083 748131479
675 377 377
3336 1034
1024
ヒト マウス ラット
ニワトリ
線虫ハエ
ゼブラフィッシュイヌサル
分裂酵母出芽酵母
2693 111
フルサポート種
共発現参照種
遺伝子共発現の表示方法
• 共発現遺伝子リスト • 共発現遺伝子ネットワーク
共発現遺伝子リストのTop3を繋いでいくとネットワークになる。
もくじ: 遺伝子共発現
根拠
リスト表示
ネットワーク表示
http://coxpresdb.jp
Gene Symbol• DHCR7• DHCR
Keyword• cholesterol
Entrez Gene ID• 1717
検索結果（DHCR）
Example for metabolic enzyme
DHCR7と共発現する遺伝子（ヒト）
共発現の信頼性を見積もる
73083 748131479 675 377377333610341024
注目生物 参照生物群
• 近縁種• アレイ枚数が多い
遺伝子A 遺伝子A 遺伝子A 遺伝子A 遺伝子A 遺伝子A遺伝子A 遺伝子A 遺伝子A遺伝子A
他のプラットフォームや他の種でも共発現が観察されるか？
• 該当probeがある• 該当probeが不良ではない
遺伝子B 遺伝子B 遺伝子B 遺伝子B 遺伝子B 遺伝子B遺伝子B 遺伝子B 遺伝子B遺伝子B
DHCR7と共発現する遺伝子（ヒト）
CHEK1と共発現する遺伝子（ヒト）
共発現がほとんど他種でサポートされない例
もくじ: 遺伝子共発現
根拠
リスト表示
ネットワーク表示
共発現ネットワークの作成手順共発現Top3の遺伝子に矢印を引く
共発現ネットワークの作成手順共発現Top3の遺伝子に矢印を引く
共発現ネットワークの作成手順共発現Top3の遺伝子に矢印を引く
• Octagon; TF
共発現ネットワークの作成手順共発現Top3の遺伝子に矢印を引く
• Octagon; TF
• Edge thickness;strength of coexpression
ネットワークに情報を加える
ネットワークに情報を加えるタンパク質間相互作用を赤い点線で加える
ネットワークに情報を加える機能の同じ遺伝子には印を付ける
ネットワークに情報を加える機能の同じ遺伝子にはどんどん印を付ける
ネットワークに情報を加える種間で保存されている共発現をオレンジ色にする
http://coxpresdb.jp
Gene Symbol• CD3D
Keyword• cd3
Entrez Gene ID• 915
遺伝子のページ
公共のアノテーション
共発現データ
遺伝子発現パターン
オーソログのページへ
各組織の遺伝子ネットワークへ共発現遺伝子リストへ
ページの色• 赤；Human• 緑；Mouse• 紫；Rat
Gene page (ヒトCD3D)
http://coxpresdb.jp/data/locus/915.shtml
Gene page (ヒトCD3D)
http://coxpresdb.jp/data/locus/915.shtml
機能に関する遺伝子ネットワークSteroid biosynthetic process
http://coxpresdb.jp/data/gonetwork/GO:0006694.html
ステロイド合成系 ステロイドホルモン合成系
機能に関する遺伝子ネットワークATP biosynthetic process
http://coxpresdb.jp/data/gonetwork/GO:0006754.html
通常のATP合成系ピロリ菌感染時誘導されるATP合成系
その他のツールのデモユーザーの入力する任意の遺伝子群について、
Top page → Draw
NetworkDrawer; 共発現ネットワークを描画します。 HCluster; 階層的クラスタリングを行います。
Top page → Search
EdgeAnnotation; 共発現強度およびPPI情報をテーブルで出力します。
TissueDataExtractor; ヒトの組織特異的発現データをテーブルで出力します。
ATTED-II, COXPRESdbの使用状況
robot等を除いたPV
アクセス数 年間被引用数
0
50
100
150
2007年 2012年0
500,000
1,000,000
1,500,000
2007年 2012年
（年間ページビュー）
ATTED-IICOXPRESdb
(推定値) (推定値)
まとめCOXPRESdbのコンテンツ
共発現遺伝子 リストとネットワークで表示 ヒト、マウス、ラットが主な対象生物種
利用目的機能の関連する遺伝子を新規に探す
遺伝子の分類