マウスの大規模解析データを世界へ

※ 研究グループ
理化学研究所

バイオリソースセンター
	マウス表現型知識化研究開発ユニット
		ユニットリーダー	桝屋 啓志　（マスヤ ヒロシ）
	マウス表現型解析開発チーム・日本マウスクリニック
		チームリーダー	若菜 茂晴　（ワカナ シゲハル）
	実験動物開発室
		室長	吉木 淳　（ヨシキ アツシ）
情報基盤センター
	計算工学応用開発ユニット
		上級センター研究員	小林 紀郎　（コバヤシ ノリオ）
		ユニットリーダー	野田 茂穂　（ノダ シゲホ）

＜研究の背景＞

これまで、病気の発症や予防に関与する遺伝子の機能を明らかにするために、マウスを用いて多くの研究が行われてきました。しかし、個別の研究では、研究者ごとに解析の基準や、マウス系統の遺伝的な特徴が異なるために、１つの遺伝子変異が引き起こす効果を知ることができても、それぞれの研究成果を正確に比較して評価できないなど多くの問題がありました。

このような問題を解決するために、マウスの遺伝子をそれぞれノックアウトしたマウスの表現型を世界共通の基準で解析し、そのマウスと解析データを世界の研究者に提供することを目的とした「国際マウス表現型解析コンソーシアム（ＩＭＰＣ）」が２０１１年に発足しました。

ＩＭＰＣでは、標準化された数百にわたる表現型解析を、全遺伝子のノックアウトマウスについて網羅的に進めており、２０１６年４月の時点で、２４３２遺伝子についての検査結果（合計約１５０万件）を公開しています^※１）。ＩＭＰＣで解析されたマウスは、理研バイオリソースセンター^※２）を含む世界のリソースセンターから入手可能であり、緻密なデータとともに疾患研究に活用できる国際標準のバイオリソースとなっています。一方、疾患や基礎研究を含め、広い分野でデータが活用されるためには、分野横断的で標準規格に準拠したデータの公開が急務でした。理研ＢＲＣはＩＭＰＣのデータ公開活動にも参画しており、この問題の解決に取り組んでいます。

※１） http://www.mousephenotype.org

※２） http://mus.brc.riken.jp/ja/order

＜研究手法と成果＞

一般に、ある研究プロジェクトで産出された研究データを、他の研究データと統合して利活用するにあたっては、いくつもの障壁があります。例えば、データの記載方法がプロジェクト間で統一されていないこと、データ形式が異なることなどです。

研究グループは、ＩＭＰＣのマウスリソースがさらに広い分野で利活用されるために、ヒト疾患モデル動物の表現型としては初の網羅的、かつ大規模なデータ（ビッグデータ）であるＩＭＰＣのデータをウェブの国際標準規格に沿った「ＲＤＦデータ」に変換しました。ＲＤＦは、データ活用を最大化すべく、次世代のウェブを構成する基盤の１つとして開発された規格及び技術です。ＲＤＦは、人、グループ、文書や概念、さらには、ゲノム、表現型、化合物、疾患、医薬品など、さまざまな情報間の関係（リンク）を用いて、コンピュータと人間双方が扱えるような「意味」を情報モデルとして表現できる仕組みと、それらをデータベース横断的に検索する仕組みを提供します。また、ＲＤＦはデータの意味をコンピュータでより容易に処理できる点でも優れており、将来的に、人工知能からの利用も期待できます。

今回の変換作業に先だって、研究グループは、ＩＭＰＣのデータ中に記述されている、表現型解析の結果、解析項目、解析方法、解析対象のマウスのグループや遺伝子、参加機関などのさまざまな概念を整理し、バイオインフォマティクスの分野で用いられる標準的な語彙（オントロジー）を用いて表現しました。このようなデータ標準化作業の結果、ＲＤＦの仕組みを充分活かし、他のデータベースで管理されているさまざまな生命科学データとの関係付けや、統合的な解析が容易になります。

ＩＭＰＣデータのＲＤＦへの変換と公開では、理研情報基盤センターの技術を利用しました。情報基盤センターでは、理研発の生命科学系研究成果の利活用を促進するため、ＲＤＦによる研究成果データベース「理研メタデータベース^※３）」を公開しています。このデータベースは、研究者がデータをインターネット公開することをサポートするための機能も備えています。公開されたデータは、ウェブブラウザでの閲覧、データ全体のダウンロード、研究者が作成する検索式を用いた自由なデータ抽出など、多様な方法で入手することができます。今回、理研メタデータベースの機能を用いることで、ＩＭＰＣのＲＤＦデータを、公共データとのリンクによる関連付けを含め高品質に極めて効率よく作成・公開することができました。公開されたＩＭＰＣデータは、総数５３００万リンクに及ぶ大規模なデータ（ビッグデータ）ですが、理研メタデータベース上でＩＭＰＣデータを運用することで、理研内外の既存のデータと統合、連携させつつ、このような規模のデータも問題なく表示、検索することができます。

※３） http://metadb.riken.jp

＜今後の期待＞

今回実施したデータ標準化とＲＤＦ変換によって、ＩＭＰＣデータ中の多くの異なる測定項目の結果を、国際標準の情報処理の記述法（プログラミングインターフェイス）を介して処理できるようになりました。データベースに跨いだ横断的検索が可能になった他、さまざまな分野での利用を見込んでいます。例えば、遺伝子の関与が大きいといわれる希少疾患の中には、症状の記載があるものの従来の医学的検査で診断をつけることができない「未診断疾患」があります。このような病名のつかない疾患は、治療そのものや治療法開発が難しいという問題があります。しかし、その症状の原因となっている遺伝子が判明することで、治療法が見つかり治ることもあります。このような原因遺伝子の解明に大きく役立つのが、疾患モデル動物としてのマウスの表現型データです。表現型データは、遺伝子に不具合がある際の症状に関して、網羅的かつ客観的な指標を提供し、希少疾患、未診断疾患の原因解明や治療法開発に大きく貢献します。理研バイオリソースセンターでは、日本医療研究開発機構（ＡＭＥＤ）の未診断疾患イニシアチブと連携して、ＩＭＰＣのＲＤＦデータを未診断疾患治療のための情報ネットワークへ提供する予定です。

ＩＭＰＣでは、今後５年間でマウスの全遺伝子の機能解析を完了させることが計画されており、その成果は、未知な部分が残るほ乳動物のゲノム機能の全容の解明、原因や治療法が明らかになっていない病気の研究など、生命科学、医科学に至るまで、さまざまな分野で利用されることが期待されています。研究グループは今後もＩＭＰＣの最新データをＲＤＦで公開していく予定であり、ＲＤＦ変換によりＩＭＰＣの成果の利活用が促進されると期待しています。

＜参考図＞

＜用語解説＞

注１） 表現型

細胞や個体での遺伝子発現の変化などの結果、個体差となって現れる形質のこと。遺伝子の発現量の差から生じる形質の差は、タンパク質の違い、代謝産物の違いという段階を経て、細胞や個体の形や機能の差として現れる。ヒトの遺伝的疾患の場合、表現型は、その疾患に現れる個々の症状に対応する。

注２） 国際マウス表現型解析コンソーシアム（ＩＭＰＣ）

２０１１年に、マウスの遺伝子のそれぞれをノックアウトしたマウスの表現型を世界共通の基準で解析し、そのデータとマウスを世界の研究者に提供することを目的とした国際共同開発プロジェクト。米国国立衛生研究所、英国医学研究評議会、欧州委員会など、世界の有力機関・組織で構成されている。現在、日本の理研バイオリソースセンターを含め、１３か国１８研究施設が参画している。ＩＭＰＣは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍｏｕｓｅ　Ｐｈｅｎｏｔｙｐｉｎｇ　Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ　の略。

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