蛋白質構造データバンク事業と国際的な展開

中村 春木大阪大学蛋白質研究所

PDBj 日本蛋白質構造データバンク

文科省統合データベースプロジェクトシンポジウム東大武田先端知ビル，2009年6月12日

PDB (Protein Data Bank) since 1971: 蛋白質の立体（３次元）構造情報

原子種とその座標、アミノ酸残基、実験手法、実験時の情報、実験観測データ（構造因子）が整理して登録し、Webから無料公開を行う。

X線結晶解析、核磁気共鳴法(NMR)、電子顕微鏡観測

蛋白質立体構造

http://www.wwpdb.org/

Agreement signature

Nature Structure Biology (2003) Vol. 10, No.12

wwPDBにおける国際協力

(Berman, Henrick & Nakamura (2003) Nat. Struct. Biol. 10, 980)

1) データ編集・登録作業を、wwPDBのメンバーで協力しながら実施する。

2) 唯一のデータアーカイブを持ち、米国のRCSB-PDBがアーカイブ・キーパーとして書き込み

権限をもつ。

3) データ・フォーマットや新たな記述法については、各メンバー間内の討議により決定する。（V3.1→V3.2)

4) 各メンバーは、各々独自のデータ・ブラウザ、ビューア、検索ツール、Web サービスを開発することが期待される。

RutgersUniv.

UCSD NIST

PDBjEBI

RCSBBMRB

日本PDBj, 米国RCSB-PDB, 欧州 PDBe-EBI, BMRB(NMRDB)の四極を結んだwwPDBを運営

(Ref: Nucleic Acids Res. (2007) 35, D301-D303)・ｼﾝｸﾞﾙ・ﾃﾞｰﾀ・ｱｰｶｲﾌﾞを構築。 (同時公開の開始)・データ記述法(v3.2)を共同で修正・確立。・データ内容の修正（remediation）を実施。Ligand data (RCSB-PDB), Sequence data (PDBe-EBI), Primary citation (PDBj)・wwPDBAC会議（S. K. Burley議長）を開催。2004年11月Washington DC, 2005年8月Florence,2006年10月東京, 2007年9月Princeton, 2008年9月EBI

2006年10月＠東京

2007年9月＠Princeton

2008年9月@EBI2008年9月, EBIでのwwPDBAC メンバー

wwPDB FTP Traffic

61,364,573 ファイルが2009年3月の１ヶ月間に世界中のwwPDBメンバーサイトからダウンロードされている(RCSB-PDB, EBI-PDBe, and PDBj)

英語サイト 日本語サイト

中国語サイト ハングル サイト

英語サイト 日本語サイト

中国語サイト ハングル サイト

Protein Data Bank Japan

日本蛋白質構造データバンク

http://www.pdbj.org/

大阪大学蛋白質研究所 にて実施。

（独立行政法人）科学技術振興機構バイオインフォマティクス推進センター（http://www-bird.jst.go.jp/)が2001年から支援

原子種とその座標、アミノ酸残基、実験手法、実験時の情報、実験観測データ（構造因子）を整理して登録。Webから無料公開。

日本蛋白質構造データバンク：PDBj１．国際蛋白質構造データバンク（wwPDB）の創設

(2003年)と協力

２．蛋白質立体構造データベース登録作業(～28%)３．蛋白質構造情報の標準XML記述（PDBML）の開発とその応用

４．蛋白質構造解析実験および蛋白質機能に関する文献・データベース情報の付加

５．蛋白質立体構造に関する新規二次データベースの構築と解析ツールの開発

６．講習会やセミナーの開催

日本蛋白質構造データバンク：PDBj１．国際蛋白質構造データバンク（wwPDB）の創設

(2003年)と協力

２．蛋白質立体構造データベース登録作業(～28%)３．蛋白質構造情報の標準XML記述（PDBML）の開発とその応用

４．蛋白質構造解析実験および蛋白質機能に関する文献・データベース情報の付加

５．蛋白質立体構造に関する新規二次データベースの構築と解析ツールの開発

６．講習会やセミナーの開催

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Yearly wwPDB processed numberYearly PDBj processed number

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1972 75 80 85 90 95 2000 05 2009year

Total 58,083 data on 10 June, 2009

We process 25-30 % deposited data of the entire world, mainly from Asian and Oceania regions

PDBj におけるデータ処理数の変遷

日本蛋白質構造データバンク：PDBj１．国際蛋白質構造データバンク（wwPDB）の創設

(2003年)と協力

２．蛋白質立体構造データベース登録作業(～28%)３．蛋白質構造情報の標準XML記述（PDBML）の開発とその応用

４．蛋白質構造解析実験および蛋白質機能に関する文献・データベース情報の付加

５．蛋白質立体構造に関する新規二次データベースの構築と解析ツールの開発

６．講習会やセミナーの開催

Get Entry Data from our XML-based browser

Access to http://www.pdbj.org/

PDBID (e.g. 12as) should be input in a box and GO

12as

Summary for each PDBID is displayed.

Graphic viewer: jV version 3.6Access to http://www.pdbj.org/jV/

Development of other Databases and Services

Encyclopedia of Protein Structures, eProtS(Kinjyo, Kudo, & Ito）

Molecular of the Month, MoM(Goodsell & Kudo）Alignment of Sequence and

Structures. MAFFTash(Kato. Toh & Standley）

Homolog protein search,Sequence Navigator(Standley）

Similar fold search,Structure Navigator(Standley & Toh） Protein Folds Browser,

Protein Globe (Kinjo & Standley）

Search for Similar Surface, eF-seek (Kinoshita & Nakamura）

Electron Microscopy Navigator, EM-Navi (Suzuki）

Function Annotation from Folds and Sequences, SeSAW (Standley）

Ligand Binding Site Search,GIRAF (Kinjo）

Development of other Databases and Services

Protein Dynamics Database, ProMode (Wako & Endo)

Protein Molecular Surface Database, eF-site(Kinoshita & Nakamura）

What is required for Databank?・For authors’ benefit （登録者のために）・Good portability （登録のしやすさ）・Rapid deposition （登録が早く便利なこと）

：

・For both authors and users (global community)・Good data quality （データの優れた品質の確保）・Quality of each data can be validated（個々のデータの品質をユーザが判断できる）

・For users’ benefit （ユーザのために）・Good portability （使いやすさ）・Rapid search （検索が早く便利なこと）・Can be customized （カスタマイズできること）

：

データの品質管理・保守について

• 登録時に、各立体構造の品質が厳しく検査・鑑定される。登録者本人と、wwPDBのアノ

テータが、それぞれ検証する。この検証に合格しないと、PDBIDが発行されない。

• 実験情報(Ｘ線結晶解析の場合には構造因子、NMRの場合には原子間距離情報) が、2008年2月1日から、登録時に座標と同時に必須の項目となった。

• データ記述のスキーマがバージョン（最新版：ｖ3.2) 毎に正確に定義され、記述についてのvalidation（検証）が常になされて公開される。

1JSQ, 2Z2R

Incorrect structures and validationExample: ABC transporter MsbA and

EmrE multidrug transporterProtein Science16:1013-1016 (2007)

T.A. Jones & G.J. Kleywegt (2007) Experimental Data for Structure Papers Science 317:194-195

R.P. Joosten & G. Vriend (2007) PDB Improvement Starts with Data Deposition. Science 317:195-196

A. Wlodawer (2007) Deposition of Structural Data Redux. Acta Cryst D63:421-423

B.W. Matthews (2007) Five retracted structure reports: Inverted or incorrect? Protein Science 16:1013-1016

M. Crispin, D.I. Stuart & E. Y. Jones (2007). Building meaningful models of glycoproteins. Nature Structural & Molecular Biology 14:354

H.M. Berman, K. Henrick, H. Nakamura & J. Markley (2007). Reply to: Building meaningful models of glycoproteins. Nature Structural & Molecular Biology14:354-355

B. Rupp. (2006) Real-space solution to the problem of full disclosure Nature 444:817

2007 – Commentaries on incorrect structures

Possible reasons• Rushed as a short communication into the prestigious high

impact journal • Ignoring all counter theoretical and spectroscopic evidence• Fewer professional crystallographers• Crystal structures by biologists with limited crystallographic

background• High throughput methods• Solved using black box crystallographic firmware/software• Exploding number of structural papers to review and limited

number of willing referees with crystallographic knowledge• Papers are increasingly refereed by non-crystallographers

who are unaware of many potential pitfalls• Limited supporting information available for the reviewer

データの品質管理・保守について

• 登録時に、各立体構造の品質が厳しく検査・鑑定される。登録者本人と、wwPDBのアノ

テータが、それぞれ検証する。この検証に合格しないと、PDBIDが発行されない。

• 実験情報(Ｘ線結晶解析の場合には構造因子、NMRの場合には原子間距離情報) が、2008年2月1日から、登録時に座標と同時に必須の項目となった。

• データ記述のスキーマがバージョン（最新版：ｖ3.2) 毎に正確に定義され、記述についてのvalidation（検証）が常になされて公開される。

データの品質管理・保守について

• 登録時に、各立体構造の品質が厳しく検査・鑑定される。登録者本人と、wwPDBのアノ

テータが、それぞれ検証する。この検証に合格しないと、PDBIDが発行されない。

• 実験情報(Ｘ線結晶解析の場合には構造因子、NMRの場合には原子間距離情報) が、2008年2月1日から、登録時に座標と同時に必須の項目となった。

• データ記述のスキーマがバージョン（最新版：ｖ3.2) 毎に正確に定義され、記述についてのvalidation（検証）が常になされて公開される。

データの品質管理・保守について

• 登録時に、各立体構造の品質が厳しく検査・鑑定される。

←構造生物学の専門家集団が必要（最新の測定法に精通している）

• 実験情報が必須の項目。

←膨大な実験結果の情報（手法や測定時のパラメータを含む）をオントロジーで整理しながらDB化するために情報科学の専門家が必要

• データ記述のスキーマの定義とデータ検証

←スキーマ記述やvalidationを行うプログラマ

や情報技術のエンジニアが必要

メンバー

代表: 中村春木

PDBj データベース管理運営グループ:中川敦史, 松浦孝範，五十嵐令子，見学有美子，松浦かんな，井上真由美，陳 旻瑜

ツール・サービス開発グループ：金城 玲, 岩崎憲治，鈴木博文，山下鈴子，工藤高裕，

清水有希子，鎌田知左

NMR ﾃﾞｰﾀベース (BMRB-PDBj)グループ:藤原敏道, 阿久津秀雄, 小林直宏、中谷英一, 原野陽子

研究開発協力者:Daron M. Standley（阪大免疫ﾌﾛﾝﾃｨｱ）,木下賢吾 （東大医科研）, 藤博幸（九大生防研），輪湖博（早大），伊藤暢聡（東京医歯大）

Report from National Science Board in Sept 2005 from NSFhttp://www.nsf.gov/pubs/2005/nsb0540/

ELIXIR MissionTo construct and operate a sustainable infrastructure

for biological information in Europe, to support life science research and its translation to medicine and the environment, the bio-industries and society.

• Partners: 32 partners, 13 member states• Funding: 4.5 M€ from EU FP7 • Deliverable: Consortium agreement to define the

scope of the infrastructure and how it will be constructed

Head of Elixir Project:Dr. Janet Thornton

http://www.elixir-europe.org/

Goals for ELIXIR• Optimal Data Management

– Coordinated Data Resources with improved access– Integration and interoperability of diverse heterogeneous data– Good Value for Money

• Forge Links to data in other related domains

• A single European voice in international collaborations to influence global decisions and maintain open access to data

• Enhance European competitiveness in bioscience industries

• Address need for Increased Funding & its Coordination

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Stakeholders• Funders of Infrastructure

– National Government Funding Bodies; EMBL; EU Charities; Industry

• Data Resource Providers – Core Resources– Specialist (Many investigators - distributed)

• Data Providers– Experimentalists

• Tool Providers– Bioinformatics Groups

• Users

Why do we need ELIXIR?

•Data Growth•Global context•Very large user community:

– 3.3 m web hits/day

– 20,000 unique users per day

•Need to preserve data and make accessible to all•Impact on medicine & agriculture•Impact on society & bioindustries•Need for increased funding for biodata resources

Server Storage

0200400600800

100012001400

2006 time now

TB

Europe

USA

Japan

生命科学系データベース統合化の背景 大久保公策 Vol. 52 No. 9 (2007) 1027-1031統合データベースがめざすもの 高木利久 Vol. 52 No. 11 (2007)1388-1389医薬品の統合データベース 金久實 Vol. 52 No. 12 (2007)1486-1491蛋白質構造情報の高度化と統合データベース 中村春木 Vol. 52 No. 14 (2007)1897-

1905ゲノム情報と統合データベース 五條堀孝 Vol. 52 No. 15 (2007) 2006-2011ライフサイエンスにおけるデータベース構築のための人材養成 瀬々潤、池村淑道 Vol.

53 No. 1 (2008) 87-93海外データベースとの連携 舘野義男 Vol. 53 No. 2 (2008)182-189統合データベースプロジェクトのｻｰﾋﾞｽとその利用法 川本祥子、坊農秀雄 Vol. 53 No. 3

(2008)281-287利用者の立場からのコメント 中村桂子、佐藤清、堀田凱樹、中井謙太、田畑哲之、津金

昌一郎、松田秀雄、西川建、白井宏樹、深海薫、Vol. 53 No. 5 (2008) 686-691わが国における疾患データベースの統合化 田中博 Vol. 53 No. 6 (2008) 774-782ゲノムワイド関連解析データベースの開発 小池麻子、西田奈央、徳永勝士 Vol. 53 No.

7 (2008) 882-887「蛋白質核酸酵素」バックナンバーの全文検索サービス公開にあたって 川本祥子 Vol.

53 No. 9 (2008) 1200-1205

共立出版「蛋白質核酸酵素」誌での連載ライフサイエンス分野の統合データベース

For Long-Lived and Sustainable Databases:Roles and Resposibiliteis of

Data ProducersData UsersData ManagersData Scientists

(for both informatics and particularbiology field)

Funding Agencies

Conclusion

（日本の場合にはお金だけでなく人：安定な雇用も）