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

2017 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(機構本部施設等)
• 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(機構本部施設等), 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、得られた質量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、平成28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、質量スペクトルのデータから変異を含むペプチドを同定する手法を確立した。RNA-seqのデータからは配列の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。そこで平成29年度には、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計算し、トランスクリプトーム階層・プロテオーム階層における定量値を比較する方法について検討を行い、単純な構造を持つタンパク質については、比較定量が可能なことを確認した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成29年度はRNA-seqから得られたmRNAの定量値とマススペクトルから得られたタンパク質の定量値を比較する方法について検討した。比較するmRNAとタンパク質が単純な構造をしている場合には比較定量可能であることを確認した。しかしながら、RNA-seqより得られたRNAタグが複数のmRNAにマッピングされてしまう場合があること、質量分析でも同様にマススペクトルから同定されたペプチドが複数のタンパク質配列にマッピングされてしまう場合があること、さらにスプライシングバリアントにより1つの遺伝子から複数のプロテオフォームが作られる場合があり、得られたペプチドがどのプロテオフォーム由来か区別できない場合があるなど、容易には比較できない場合も確認できた。また、ペプチドにリン酸化や糖鎖付加などの翻訳後修飾があった場合、マススペクトル上では異なるペプチドとして検出されるため、これを補正する必要があった。また、RNA-seq法と質量分析法の結果の解像度の違いも問題となった。RNA-seq法は測定方法にもよるが、比較的全体を網羅した結果が得られるのに対し、質量分析法では装置の解像度の問題から、たくさん発現しているタンパク質しか検出できないという問題があり、発現量の少ないタンパク質の定量については課題が残った。しかしながら、これらの問題はあったものの、今年度の目標であったRNA-seqを用いたmRNAの発現量と質量分析法を用いたタンパク質発現量の比較定量には成功した。

今後の研究の推進方策

平成30年度は平成29年度に引き続き、RNA-seq法で得られたmRNAの定量値と質量分析法で得られたタンパク質の定量値を比較する方法について、単純な構造を持つタンパク質だけではなく、プロテオフォーム・翻訳後修飾等も考慮した比較定量が可能になるよう改良を続ける。また、本研究課題で開発した、変異を含む配列を同定する、またmRNAとタンパク質を比較定量するために開発したツールセットを公開する予定である。当初はGalaxyやDocker等のワークフローをパッケージ化して配布する予定であったが、ライセンスの問題からパッケージに組み込めないものもあるため、本研究課題で開発した個別のツールについてはGitHub等から公開し、既存のツールを含めた解析方法については、別に手順を詳述したページを用意して公開する予定である。

次年度使用額が生じた理由

端数が生じたため、無理せず次年度に持ち越すこととした。次年度は繰越分とあわせて計算用ハードウェアを購入予定。

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
• [国際共同研究] Institute for Systems Biology(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Institute for Systems Biology
• [国際共同研究] Academia Sinica(Taiwan)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: Academia Sinica
• [雑誌論文] Proteomics Standards Initiative: Fifteen Years of Progress and Future Work (2017)
  • 著者名/発表者名: Deutsch Eric W.、Orchard Sandra、Binz Pierre-Alain、Bittremieux Wout、Eisenacher Martin、Hermjakob Henning、Kawano Shin、Lam Henry、Mayer Gerhard、Menschaert Gerben、Perez-Riverol Yasset、Salek Reza M.、Tabb David L.、Tenzer Stefan、Vizca?no Juan Antonio、Walzer Mathias、Jones Andrew R.
  • 雑誌名: Journal of Proteome Research 巻: 16 ページ: 4288～4298
  • DOI: 10.1021/acs.jproteome.7b00370
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Controlling false discovery rate in accumulated public proteome dataset (2017)
  • 著者名/発表者名: Akiyasu C. Yoshizawa, Tsuyoshi Tabata, Yuki Moriya, Shin Kawano, Shujiro Okuda, Yu Watanabe, Tadashi Yamamoto, Masaki Matsumoto, Tomoyo Takami, Daiki Kobayashi, Norie Araki, Naoyuki Sugiyama, Satoshi Tanaka, Susumu Goto, and Yasushi Ishihama
  • 学会等名: 65th Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics
  • 国際学会
• [学会発表] プロテオームデータの標準化とデータベースの世界動向 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野信
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2017年大会
• [学会発表] jPOST 再解析プロトコル:偽陽性と偽陰性の同時減少を目指す (2017)
  • 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、渡辺由、山本格、松本雅記、高見知代、小林大樹、荒木令江、杉山直幸、田中聡、五斗進、石濱泰
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2017年大会
  • 招待講演
• [学会発表] jPOST: プロテオーム統合データベースの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 守屋勇樹、河野信、奥田修二郎、渡辺由、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、田中聡、五斗進、石濱泰
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2017年大会
• [学会発表] OmicsDI RDF (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin Kawano, Yasset Perez Riverol, Tobias Ternent, Yuki Moriya, Eric Deutsch, Michel Dumontier, Juan Antonio Vizcaino, Henning Hermjakob, and Susumu Goto
  • 学会等名: 16th Human Proteome Organization World Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Controlling false discovery rates on large-scale proteome datasets in jPOST (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhi Ishihama, Akiyasu C. Yoshizawa, Tsuyoshi Tabata, Yuki Moriya, Shin Kawano, Shujiro Okuda, Yu Watanabe, Tadashi Yamamoto, Masaki Matsumoto, Tomoyo Takami, Daiki Kobayashi, Norie Araki, Naoyuki Sugiyama, Satoshi Tanaka, and Susumu Goto
  • 学会等名: 16th Human Proteome Organization World Congress
  • 国際学会 / 招待講演