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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


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


GlyCosmos Portal（β版公開！）


Standards

Repositories

Data resources

ポスター番号：53


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


◦ 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


◦ Glycoconjugate

◦ Glycoproteins

◦ glycolipids

Standards

GlycoCoO – Glycoconjugate Ontology


GlycoRDF - a standard representation for storing Glycomics data

◦ （論文執筆中）


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


Minimum Information Required for A Glycomics Experiment

国際標準化機構 (ISO - International Organization for Standardization)


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


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


GlycoPOST


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


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


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


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


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）


GlycoGene Database (GGDB)


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)


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


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


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


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


GlycomeAtlas


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)


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


Data resources

Gene Ontology

go:0030246

carbohydrate binding, Lectin

GlyCosmos Lectins


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


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～

28

Glycomes Diseases

Glycoproteins

Enzymes

Lectins

Epitopes

Genes

Established August, 2018 @ Warren Workshop

GlySpace Alliance


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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