パーソナルゲノム時代におけるRNA-seqを活用したプロテオミクス解析手法の確立

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K00416
• 研究機関: 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構(新領域融合研究センター及びライフサイエンス統合データベースセンター)
• 研究代表者: 河野 信 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構(新領域融合研究センター及びライフサイエンス統合データベースセンター), データサイエンス共同利用基盤施設, 特任准教授 (40470075)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: プロテオゲノミクス / パーソナルゲノム / バイオマーカー

研究実績の概要

これまで質量分析計を用いたプロテオーム研究は、得られたマススペクトルをタンパク質のリファレンス配列データベースに対して検索して配列を決定していたため、変異を含むサンプルでの精密なペプチド同定は困難であった。特にがんでは多量の変異が蓄積していることが知られており、リファレンス配列に対してではなく、リファレンス配列に対して変異や挿入・欠失、スプライシングバリアントなどを含んだ個別のデータベース（バリアントデータベース）に対して検索を行う必要がある。このため、計画では初年度にまず、次世代シーケンサより測定されたRNA-seqデータを利用して変異を含むデータベースをサンプルごとに個別に作成し、これに対して質量スペクトルのデータベース検索を行い、リファレンスデータベースを利用するこれまでの手法と比較した。具体的には、1) UniProtやEnsembl、IPIなどのこれまでペプチド同定に用いられてきたデータベース（リファレンスデータベース）、2) 次世代シーケンサから出力されたがんゲノムのRNA-seqデータをアセンブリして得た変異等を含むタンパク質アミノ酸配列データベース（バリアントデータベース）、それぞれに対してマススペクトルの検索を行い、発現しているタンパク質の同定を行った。その結果、リファレンス配列に対して検索を行うよりもRNA-seqデータから得たデータベースに対して検索したほうがタンパク質の同定精度が向上することが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究課題では、プロテオームの質量分析データを解析するソフトウェアのデファクトスタンダードであるMascotを使用する計画であった。Mascotは商用ソフトウェアであり導入にはライセンス料が発生するが、予算請求額より交付金額が減額された結果、初年度の総交付額を合計しても本来のライセンス料に満たず、導入条件や価格の交渉に時間を要したとともに、Mascot導入以外の予算執行が困難となった。そのため、今年度は既存手法との比較を実行するにとどまり、解析パイプラインの構築までには至らなかった。

今後の研究の推進方策

平成28年度にはがんサンプルから得られたRNA-seqのデータを使ってタンパク質アミノ酸配列のデータベースを作成することで、質量分析データから得られるタンパク質の同定精度が向上することが示された。平成29年度には、遅れているパイプラインの構築を急ぐとともに、RNA-seqから得られるmRNAの発現量と、質量スペクトルから得られるタンパク質の発現量を比較する方法を開発する。RNA-seqのデータからは配列情報が得られるのに加えてシーケンスタグの出現数からmRNAの発現量を見積もることが可能である。また、質量分析データからもスペクトラルカウント法、emPAI法などを用いることで発現タンパク質の定量が可能である。ただし、性質の異なるデータ同士の単純な比較は困難であると考えられるため、生物学的に意味のある比較が可能な正規化手法、統計手法について検討を行う。

研究成果

• [国際共同研究] European Bioinformatics Institute(United Kingdom)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: European Bioinformatics Institute
• [雑誌論文] jPOSTrepo: an international standard data repository for proteomes (2017)
  • 著者名/発表者名: Shujiro Okuda, Yu Watanabe, Yuki Moriya, Shin Kawano, Tadashi Yamamoto, Masaki Matsumoto, Tomoyo Takami, Daiki Kobayashi, Norie Araki, Akiyasu C. Yoshizawa, Tsuyoshi Tabata, Naoyuki Sugiyama, Susumu Goto, Yasushi Ishihama
  • 雑誌名: Nucleic Acid Research 巻: 45 ページ: D1107-D1111
  • DOI: 10.1093/nar/gkw1080
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The ProteomeXchange Consortium in 2017: supporting the cultural change in proteomics public data deposition (2017)
  • 著者名/発表者名: Eric W. Deutsch, Attila Csordas, Zhi Sun, Andrew Jarnuczak, Yasset Perez-Riverol, Tobias Ternent, David S. Campbell, Manuel Bernal-Llinares, Shujiro Okuda, Shin Kawano, Robert L. Moritz, Jeremy J. Carver, Mingxun Wang, Yasushi Ishihama, Nuno Bandeira, Henning Hermjakob, and Juan Antonio Vizcaino
  • 雑誌名: Nucleic Acid Research 巻: 45 ページ: D1100-D1106
  • DOI: 10.1093/nar/gkw936
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 生命システムを俯瞰するための質量分析情報解析技術とデータベースの活用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河野信
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [学会発表] Implementation of flexible search for proteomics metadata (2016)
  • 著者名/発表者名: Shin Kawano, Yuki Moriya, Tobias Ternent, Juan Antonio Vizcaino, Eric Deutsch
  • 学会等名: 15th Human Proteome Organization World Congress
  • 発表場所: Taipei International Convention Center（台湾・台北）
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-21
  • 国際学会
• [学会発表] プロテオームインフォマティクス＆システムズバイオロジー研究への招待 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河野信、荒木令江
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2016年大会
  • 発表場所: 北里大学（東京都・港区）
  • 年月日: 2016-07-28 – 2016-07-29
• [学会発表] プロテオームデータベース jPOST の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 五斗進、奥田修二郎、渡邉由、守屋勇樹、河野信、山本格、松本雅記、高見知代、小林大樹、荒木令江、吉沢明康、田畑剛、杉山直幸、石濱泰
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2016年大会
  • 発表場所: 北里大学（東京都・港区）
  • 年月日: 2016-07-28 – 2016-07-29
  • 招待講演
• [学会発表] プロテオーム統合データベース jPOST：再解析プロトコルの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉沢明康、田畑剛、守屋勇樹、河野信、奥田修二郎、渡邉由、山本格、松本雅記、高見知世、小林大樹、荒木令江、杉山直幸、五斗進、石濱泰
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2016年大会
  • 発表場所: 北里大学（東京都・港区）
  • 年月日: 2016-07-28 – 2016-07-29
• [学会発表] 質量スペクトルはデータベース検索“グレーゾーン”を明瞭化するか (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉沢明康、田畑剛、守屋勇樹、河野信、奥田修二郎、山本格、松本雅記、小林大樹、荒木令江、杉山直幸、五斗進、石濱泰
  • 学会等名: 日本質量分析学会 第64回質量分析総合討論会
  • 発表場所: ホテル阪急エキスポパーク（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2016-05-18 – 2016-05-20