生体情報学I 代謝反応調節と有用物質産生への応用 関西学院大学理工学部生命医化学科 藤 博幸 本日の進行 • はじめに pathway 解析について • Pathwayデータベース 実習 BioCyc UM-BBD KEGG • 解析例 発現データと pathway 実習 ゲノム構造と pathway 代謝産物からの pathway 予測 実習 はじめに • Pathway 解析について 生体内ネットワークを解析する • 個別の遺伝子解析からネットワーク解析へ • ゲノムデータの利用 生物が有する全遺伝子を網羅的に考える ゲノムデータからのデータマイニング • トランスクリプトーム 遺伝子発現の時間、空間（組織） に関する網羅的解析 • プロテオーム – 発現プロテオーム – 相互作用プロテオーム （インタラクトーム） • メタボローム • フェノーム タンパク質レベルの時間、空間 （組織）に関する網羅的解析 代謝産物の時間、空間（組織） に関する網羅的解析 表現型 疾患と遺伝子ネットワーク • 単因子疾患 �� 疾患α 遺伝子A� • 多因子疾患 �� 疾患β 遺伝子A� 遺伝子 B� 遺伝子A’� 遺伝子A”� 遺伝子の働きについて 網羅的な解析が必要 遺伝子 C� Pathway の分類 代謝系 制御系 酵素反応 pathway 解析 （シグナル伝達） apoptosis cell cycle development gene expression signaling 〜 点から線へ 〜 …etc 代謝系 化合物 a� 制御系 遺伝子 E� 遺伝子 C� 化合物 d� 遺伝子A� 遺伝子 F� 化合物 b� 遺伝子B� 化合物 c� 遺伝子 X� 遺伝子 D� 遺伝子 G� 遺伝子 Y� Pathway 解析 • 発現データと pathwayの関係 – 病変組織と正常組織の比較 疾患関連遺伝子や経路の探索 – 薬剤への応答 作用機作の予測、創薬 • 異種生物間のpathway 比較 抗菌などのターゲット – 種特異的 pathway を同定 • 代謝産物と pathway, 酵素の関係 – 未知のpathway, 酵素を探す。 ネットワークの予測 内分泌攪乱物質の生物分解 Pathway データベース 実習 BioCyc と EAWAG-BBD を操作してみる Pathway データベースの紹介 • BioCyc SRI International http://Biocyc.org/ – 代謝、制御系 • EAWAG-BBD EAWAG http://eawag-bbd.ethz.ch/ 環境汚染化合物の微生物による分解経路 – 化合物側からの探索 • GenomeNet KEGG PATHWAY 京大化研バイオインフォマティクスセンター http://www.genome.jp/kegg/pathway.html – 代謝、制御系 • STKE アメリカ科学振興協会 http://stke.sciencemag.org/cm – シグナル伝達 Pathway データベースの標準化 BioPAX Biological Pathways Exchange http://www.biopax.org/ 2002~ パスウェイデータフォーマットの標準化を目指すオープンコミュニティ （パスウェイ・インフォマティクスに携わる研究者で構成されている。） 代謝パスウェイ、タンパク質間相互作用のフォーマットが それぞれ BioPAX Level1、Level2 として公開されている。 Level 3では、上記に加えシグナル伝達もカバーされている。 BioCyc http://Biocyc.org/ protein and complexes genes pathway reaction compounds BioCyc http://Biocyc.org/ ここをクリック BioCyc http://Biocyc.org/ MetaCycをクリック MetaCyc glycolysis を入力し、”Quick Search”をクリック glycolysis glycolysis I をクリック 各ステップの 代謝産物が 表示 カーソルを物質名に重ねると 説明が表示される 詳細な記述へ 各段階の酵素が 表示される クリック それぞれの酵素や代謝産物の名前に カーソルをおくと説明が表示される。 また、名前は個々の詳細情報へ リンクされており、クリックすると 情報をえることができる。 各段階の酵素が 表示される それぞれの酵素や代謝産物の名前に カーソルをおくと説明が表示される。 また、名前は個々の詳細情報へ リンクされており、クリックすると 情報をえることができる。 クリック More detailsをクリック 代謝産物の構造 が表示される ① E. coli K12 substr. DH108を選択 ② OKをクリック ① Bacillus subtilis natto BEST195 E. coli K-12 substr DH1108 を選択 （左のメニューで種名をクリックすると 右のボックスに自動的に入る） ② OKをクリック オペロン構造 パスウェイ中の酵素 パスウェイの模式図 緑色の線にマウスオーバーすると反応の説明が出る EAWAG-BBD � http://eawag-bbd.ethz.ch/ 生分解に特化したデータベース EAWAG-BBD� dioxin dioxin入力後にクリック クリック クリック クリック
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