医療、食料、環境、エネルギーへの応用を目指したGlyCosmos Portal
公益財団法人野口研究所
山田一作
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©2018 山田一作(公益財団法人野口研究所)
糖鎖科学のロードマップ
トーゴーの日シンポジウム2018 ~バイオデータベース:つないで使う~ 2
2018年 日本糖鎖科学コンソーシアム未来を創るグライコサイエンスー我が国のロードマップー
2012年 全米研究会議(NRC)Transforming Glycoscience:
A Roadmap for the Future
糖鎖科学:医療、食料、環境、エネルギー
糖鎖・複合糖質とは
トーゴーの日シンポジウム2018 ~バイオデータベース:つないで使う~ 3
構造
• 糖鎖とは複数の単糖が線状または樹状につな
がった分子
• 複合糖質とはタンパク質や脂質と結合した分子
特徴
• タンパク質の安定化、体内輸送、活性化、細胞
間情報伝達、細胞接着などに関与
• ウイルスや病原菌は糖鎖を認識して侵入
PDBj: 4GWM
Meprin A subunit beta
Pathways
Chemical
Structures
Glycomes
Lectins
Genes
Proteins
GlyCosmos – Glycoscience Portal
Standards
Data resources
Repositories
Glycan RepresentationWURCS: Web3 Unique Representation for Carbohydrate Structure
OntologiesGlycoRDF, GlycoCoO: Glycoconjugate Ontology
Glycans - GlyTouCan
Glycoconjugates - GlyComb
Mass Spec. - GlycoPOST
- glycoproteomics
Glyco-Disease Genes
Database (GDGDB)
Pathogen
Adherence to
Carbohydrate
Database (PACDB)
Standards
Repositories
Data resources
トーゴーの日シンポジウム2018 ~バイオデータベース:つないで使う~ 4
GlyCosmos Portal(β版公開!)
トーゴーの日シンポジウム2018 ~バイオデータベース:つないで使う~ 5
Standards
Repositories
Data resources
ポスター番号:53
トーゴーの日シンポジウム2018 ~バイオデータベース:つないで使う~ 6
Standards
WURCS
GlycoRDF
GlycoCoO
WURCS – Web3 Representation for Carbohydrate Structures
◦ 糖鎖構造の線形表記法
WURCS=2.0/3,3,2/[a2122h-1b_1-5][a2112h-1b_1-5][Aad21122h-2a_2-6_5*NCC/3=O]/1-2-3/a4-b1_b3-c2
G91237TKganglioside GM3
WURCS 2.0 Update To Encapsulate Ambiguous Carbohydrate StructuresJ. Chem. Inf. Model., 2017, 57 (4), pp 632–637.doi: 10.1021/acs.jcim.6b00650, PMID: 28263066WURCS: Web3 Unique Representation of Carbohydrate StructuresJ. Chem. Inf. Model., 2014, 54 (6), pp 1558–1566.doi: 10.1021/ci400571e, PMID: 24897372
Standards
O
OH
NH
OHHO
O
HO
HO
O
H
HO
O
OH
O O
O
HO
OH
O
HN
OH
O
HO
OH
トーゴーの日シンポジウム2018 ~バイオデータベース:つないで使う~ 7
◦ 糖鎖構造形式変換ツールの開発
◦ WURCS ⇔ IUPAC
◦ WURCS ⇔ GlycoCT
◦ CTFile ⇒WURCS
既存の糖鎖表記形式との連携
ポスター番号:55
◦ Glycoconjugate
◦ Glycoproteins
◦ glycolipids
Standards
GlycoCoO – Glycoconjugate Ontology
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GlycoRDF - a standard representation for storing Glycomics data
◦ (論文執筆中)
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Repositories
GlyTouCan –Glycan Structure Repository
Repositories
WURCS=2.0/3,3,2/[a2122h-1b_1-
5_2*NCC/3=O][a1221m-1a_1-
5][a2112h-1b_1-5]/1-2-3/a3-b1_a4-c1
アクセッション番号
G00051MO
Glycan Editor- GlycanBuilder
RES1b:b-dglc-HEX-1:52s:n-acetyl3b:a-lgal-HEX-1:5|6:d4b:b-dgal-HEX-1:5LIN1:1d(2+1)2n2:1o(3+1)3d3:1o(4+1)4d
GlycoCT
WURCS
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Minimum Information Required for A Glycomics Experiment
国際標準化機構 (ISO - International Organization for Standardization)
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Glycan Research
Glycan DatabasesUnique
Glycan ID
+
Structure
Data
Glycan ID
Research Paper
③Manuscript
submission
Knowledge-
Sharing of Glycan
Knowledge
via Internet
④Curation
Annotation
Data
Sharing
Glycan ID
① Structure
Registration
② Obtain
Unique
Glycan ID
Repositories
GlyComb
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ex) GC00011
- Glycoconjugate Structure Repository
Glycosylation site
Repositories
Glycoproteins
UniProt ID
Glycosylation site
Glycosylation site
(β版)
複合糖質
糖タンパク質構造データの登録
ポスター番号:57
GlycoPOST
トーゴーの日シンポジウム2018 ~バイオデータベース:つないで使う~ 13
Glycoproteomics
MS metadata and
Raw data
Glycomics MS metadataGlycomics MS
Raw data
Repositories
(β版)グライコプロテオミクスのMSデータとメタデータのリポジトリ
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Data
resources
Genes/Proteins/Lipids
Glycans/Glycoconjugates
Glycomes
Pathways/Diseases
糖鎖と疾患 – 糖タンパク質を例として疾患により細胞から分泌される糖タンパク質の糖鎖が量的、質的に変動
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がん化など
正常細胞
がん細胞など
糖タンパク質のタンパク質部分の構造は同じ
正常細胞由来の糖タンパク質
がん細胞など由来の糖タンパク質
糖鎖と疾患◦ 糖鎖の量的もしくは質的な変動が診断に応用
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糖鎖が関与する疾患 マーカー 変化 応用
肝臓癌 α-フェトプロテイン(AFP)- L 3 フコシル化糖鎖の増加LCA結合率増
LCAで診断
LCA: レンズマメレクチン
Taketa K, Hirai H: Lectin affinity electrophoresis of alpha-fetoprotein in cancer diagnosis. Electrophoresis, 10(8-9):562-567, 1989.
モタンメディア 62 巻 2 号 2016[臨床検査アッフデート]31;臨床化学35:30-36,2006
α-フェトプロテイン(AFP)糖鎖変異とLCA結合性
G39213VZ
G80858MF
LCA結合性
(+)
(ー)
α-16FucT(Fut8)
フコース転移酵素
Gene
Glycan
Glycoconjugate
Lectin
Enzyme
Disease
Pathway
Protein
GlycoAbun
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N N
OR
55% 13% 3%
Glycoprotein
50% 16%18%
OR
糖鎖存在比のデータ疾患による糖鎖の種類や存在比
Data resources
(β版)
ポスター番号:56
GlycoGene Database (GGDB)
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Data resources
糖鎖関連遺伝子データベース遺伝子名、酵素名、DNA配列、組織分布、基質特異性など
Glyco-Disease Genes Database (GDGDB)
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Data resources
糖鎖遺伝子と疾患の関連をまとめたデータベースGGDBや医学情報のデータベースとの関連を提供
GlyCosmos Pathways
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Data resources
(β版)
糖鎖関連のパスウェイ生物種やパスウェイ名から検索
GlyCosmos Pathways
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Data resources
発癌性MAPKシグナル伝達- キナーゼ不活性BRAFによるRAFシグナル伝達の異常活性
(β版)
Total Glycome Database
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Data resources
N-結合型糖鎖、O-結合型糖鎖、GSL糖鎖、グリコサミノグリカン、遊離糖鎖の発現解析結果を提供
glycan expression ratio by pie chart
each glycan expression by bar chart
glycan expression table
ポスター番号:54
GlycomeAtlas
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Data resources
Konishi and Aoki-Kinoshita, Bioinformatics, 2012Yamakawa, Aoki-Kinoshita, Guerardel et al., Nature Communications, 2018, accepted
生体内における糖鎖の局在臓器• を選択 ⇒ 糖鎖構造糖鎖構造• ⇒ 局在
Lectin Frontier DataBase (LfDB)
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Data resources
レクチンの糖鎖認識の差異
レクチンの種類による糖鎖認識の差異
GlyCosmos Lectins
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Data resources
Gene Ontology
go:0030246
carbohydrate binding, Lectin
GlyCosmos Lectins
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Data resources
タンパク質名、アミノ酸配列、糖鎖修飾部位
立体構造 ⇒ PDB
Data resourcesのつながり
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Gene
Protein
Glycan
Glycoconjugate
Lectin
EnzymePathway
Disease
GlyCosmosのデータリソースおよび糖鎖関連のリソースをつなげて、ユーザが様々なデータにアクセス可能となる予定
トーゴーの日シンポジウム2018 ~バイオデータベース:つないで使う~
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Glycomes Diseases
Glycoproteins
Enzymes
Lectins
Epitopes
Genes
Established August, 2018 @ Warren Workshop
GlySpace Alliance
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Soka University
Kiyoko F. Aoki-Kinoshita
Masaaki Shiota
Tamiko Ono
Shinichiro Tsuchiya
Haruko Kitakaze
AIST
Hisashi Narimatsu
Kiyohiko Angata
Noriaki Fujita
Yoshinori Suzuki
Niigata University
Shujiro Okuda
Yu Watanabe
The Noguchi Institute
Nobuaki Miura
Aiko T. Hiraki
SPARQLite, LLC
Nobuyuki P. Aoki
Daisuke Shinmachi
Funding:
Integrated Database
Project (Japan Science
and Technology
Agency (JST) and
National Bioscience
Database Center
Acnowledgements
ご清聴ありがとうございました
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