JP2010072827A - Method and device for displaying biological polymer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve efficiency and accuracy of analysis by displaying an overall image of a biological polymer such as protein or amino acid and partial detailed information on the same screen. <P>SOLUTION: The device for displaying a biological polymer includes a means which reads information for the overall structure of the biological polymer from a database and displays an image of the overall structure of the biological polymer; and a means which reads information for a detailed structure of a part designated by a user of the displayed image of the overall structure from the database, and displays the image of the overall structure and the information for the detailed structure on the same screen. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、アミノ酸や蛋白質等の生体高分子の構造を表示する方法及び装置に係り、特に蛋白質などの生体高分子の全体構造に関する像とユーザが指定した部分の詳細な構造に関する情報とを同時に同一画面に表示する方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a method and apparatus for displaying the structure of a biopolymer such as an amino acid or a protein, and in particular, simultaneously displays an image relating to the entire structure of a biopolymer such as a protein and information relating to a detailed structure of a part designated by a user. The present invention relates to a method and apparatus for displaying on the same screen.

バイオインフォマティクスの世界において、蛋白質などの生体高分子の全体構造に関する像と部分的な詳細な構造に関する配列情報の両方が必要となるが、同時に両方の情報を見比べることが非常に困難である。
例えばゲノム解析において、ヒトゲノムのゲノム解析は終了し、他の生物も続々とゲノム解析が進んでいる。それらは膨大な量ですべてのシークエンス情報（配列情報）を１画面に収めることは不可能である。その結果、全体像を絵で表すことになるが、それではシークエンスの詳細がわからなくなる。従来は全体像を表示する画面と詳細部分を拡大した画面を別にすることによって解決してきたが、全体構造の像と部分的情報の連携ができていないため、わかりにくく、解析効率や精度を下げる要因になっている。
蛋白質の機能解析においても、蛋白質の立体構造を表示するのに全体像を絵で表すことになるが、その際も配列情報等の詳細が分からなくなる。従来は対象の部位に矢印や色を用いて、アミノ酸やアノテーション等の部位を区別して表現していたが、さらに詳細な配列情報は別画面で見る必要があり、配列情報を全体像と同一の画面で連携して見ることが困難な状況である。
従来、この種の表示方法として下記の特許文献１に開示されたものがある。 In the world of bioinformatics, both an image relating to the entire structure of a biopolymer such as a protein and sequence information relating to a partial detailed structure are required, but it is very difficult to compare both pieces of information at the same time.
For example, in the genome analysis, the genome analysis of the human genome has been completed, and the genome analysis of other organisms is progressing one after another. It is impossible to fit all the sequence information (sequence information) in one screen in a huge amount. As a result, the whole picture is represented by a picture, but the details of the sequence are not understood. Previously, the problem was solved by separating the screen that displays the entire image and the screen that expanded the detailed part, but the image of the entire structure and partial information are not linked, making it difficult to understand and reducing analysis efficiency and accuracy. It is a factor.
In the functional analysis of proteins, the whole image is represented by a picture to display the three-dimensional structure of the protein. However, details such as sequence information are not understood at this time. In the past, arrows and colors were used for target sites to distinguish and express amino acid and annotation sites, but more detailed sequence information must be viewed on a separate screen. It is a difficult situation to see on the screen.
Conventionally, this type of display method is disclosed in Patent Document 1 below.

特開２００４−１３９２５４JP 2004-139254 A

ライフサイエンス分野において、生体高分子の膨大な量の配列情報の中から目的の情報を抽出して解析するには、全体像と部分的な配列情報を別々に見ていく従来の手法では、十分な解析効率や精度を得ることができないという問題があった。   In the life science field, in order to extract and analyze target information from an enormous amount of sequence information of biopolymers, the conventional method of looking at the whole image and partial sequence information separately is sufficient. There was a problem that it was not possible to obtain high analysis efficiency and accuracy.

本発明の目的は、ライフサイエンス分野において、生体高分子の全体像と部分的な配列情報を同一画面上で同時に表示し、解析効率や精度を向上させることができる生体高分子の表示方法および装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a biopolymer display method and apparatus capable of simultaneously displaying an overall image of a biopolymer and partial sequence information on the same screen in the life science field, thereby improving analysis efficiency and accuracy. Is to provide.

上記目的を達成するために、本発明に係る生体高分子の表示方法は、生体高分子表示装置がデータベースから生体高分子の全体構造に関する情報を読出して生体高分子の全体構造の像を表示画面に表示するステップと、表示された全体構造の像のうちユーザに指定された部分の詳細構造に関する情報を前記データベースから読み出して前記全体構造の像と詳細構造に関する情報とを同一画面上に表示するステップとを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る生体高分子の表示装置は、データベースから生体高分子の全体構造に関する情報を読出して生体高分子の全体構造の像を表示画面に表示する手段と、表示された全体構造の像のうちユーザに指定された部分の詳細構造に関する情報を前記データベースから読み出して前記全体構造の像と詳細構造に関する情報とを同一画面上に表示する手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the biopolymer display method according to the present invention is such that the biopolymer display device reads information on the entire structure of the biopolymer from the database and displays an image of the entire structure of the biopolymer. And displaying the information on the detailed structure of the part designated by the user from the database and displaying the image of the entire structure and the information on the detailed structure on the same screen. And a step.
The biopolymer display device according to the present invention also includes means for reading out information related to the entire structure of the biopolymer from a database and displaying an image of the entire structure of the biopolymer on a display screen. Means for reading out information on a detailed structure of a portion designated by a user from an image from the database and displaying the image of the entire structure and information on the detailed structure on the same screen.

本発明によれば、ライフサイエンス分野において、蛋白質などの生体高分子の全体像と部分的な配列情報を別々にして見ていた問題を解決し、全体像と部分的な配列情報を同時に同一画面で確認することが可能になり、解析効率、精度の向上に貢献することができる。   According to the present invention, in the life science field, the problem that the whole image and partial sequence information of a biopolymer such as a protein are viewed separately is solved, and the whole image and the partial sequence information are simultaneously displayed on the same screen. It is possible to confirm by this, and it can contribute to improvement of analysis efficiency and accuracy.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る生体高分子表示装置の実施の形態を示す全体構成図である。
本実施形態の生体高分子表示装置は、様々な生物種の塩基配列情報とそのアミノ酸情報、注釈情報が格納されたシークエンスデータベース１０１１と、タンパク質の配列情報、塩基配列情報、アミノ酸情報、構造座標、注釈情報が格納された蛋白質データベース１０１２から成るデータベース１０１を備えている。また、データベース１０１の更新処理および検索処理を行うデータ処理部１０２、拡大のスケール、注釈の位置、注釈の色、注釈の内容を入力する入力部１０３、拡大画面、注釈の内容を画面に表示する表示部１０４から成るコンピュータ１０５を備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a biopolymer display device according to the present invention.
The biopolymer display device of the present embodiment includes a sequence database 1011 storing base sequence information of various species, amino acid information, and annotation information, protein sequence information, base sequence information, amino acid information, structural coordinates, A database 101 including a protein database 1012 in which annotation information is stored is provided. Further, the data processing unit 102 for performing update processing and search processing of the database 101, the scale of enlargement, the position of the annotation, the color of the annotation, the input unit 103 for inputting the content of the annotation, the enlarged screen, and the content of the annotation are displayed on the screen. A computer 105 including a display unit 104 is provided.

シークエンスデータベース１０１１は、図６に示すように、配列ＩＤ、配列名、ゲノム配列、アミノ酸配列のデータから構成されるテーブル１０１１Ａと、配列ＩＤ、注釈名、注釈内容、注釈位置、注釈色のデータから構成されるテーブル１０１１Ｂから構成されている。
配列ＩＤは、ユーザが配列情報をデータベース１０１１に登録する際に指定する固有の識別情報である。 As shown in FIG. 6, the sequence database 1011 includes a table 1011A composed of sequence ID, sequence name, genome sequence, and amino acid sequence data, and sequence ID, annotation name, annotation content, annotation position, and annotation color data. The table 1011B is configured.
The array ID is unique identification information specified when the user registers the array information in the database 1011.

本実施形態の装置では、データ処理部１０２に実装されたプログラム１０２１が、配列ＩＤを用いてシークエンスデータベース１０１１に登録されているテーブル１０１１Ａにアクセスし、ゲノム配列を取得して画面に表示する。そしてテーブル１０１１Ｂにアクセスし、注釈情報を取得してゲノム配列に注釈の色を表示する。   In the apparatus according to this embodiment, the program 1021 installed in the data processing unit 102 accesses the table 1011A registered in the sequence database 1011 using the sequence ID, acquires the genome sequence, and displays it on the screen. Then, the table 1011B is accessed, annotation information is acquired, and the annotation color is displayed in the genome sequence.

一方、蛋白質データベース１０１２は、図７に示すように、タンパクＩＤ、タンパク質名、ＰＤＢファイルパスのデータから構成されるテーブル１０１２Ａと、タンパクＩＤ、注釈名、注釈内容、注釈位置、注釈色のデータから構成される１０１２Ｂから構成されている。
テーブル１０１２ＡのＰＤＢファイルパスにあるＰＤＢとは、蛋白質構造データバンク（Protein Data Bank）の略称であり、タンパク質と核酸の３次元構造の構造座標を蓄積している国際的な公共データベースである。ＰＤＢファイルは、ＰＤＢが扱っているフォーマットファイルのことで、ＰＤＢファイルパスにＰＤＢファイルのファイルパスが格納されている。
テーブル１０１２Ｂの注釈位置には、注釈情報が位置する構造座標が格納されている。
データ処理部１０２のプログラム１０２１は、タンパクＩＤを用いて蛋白質データベース１０１２に登録されているテーブル１０１２Ａにアクセスし、蛋白質の立体構造に係る座標情報を取得し、立体構造図を表示する。そしてテーブル１０１２Ｂにアクセスし、注釈情報を取得して、蛋白質の立体構造図に注釈の色を表示する。 On the other hand, as shown in FIG. 7, the protein database 1012 includes a table 1012A composed of data of protein ID, protein name, and PDB file path, and data of protein ID, annotation name, annotation content, annotation position, and annotation color. It is comprised from 1012B comprised.
The PDB in the PDB file path of the table 1012A is an abbreviation for protein structure data bank (Protein Data Bank), and is an international public database that accumulates structural coordinates of the three-dimensional structure of proteins and nucleic acids. The PDB file is a format file handled by the PDB, and the file path of the PDB file is stored in the PDB file path.
In the annotation position of the table 1012B, the structure coordinates where the annotation information is located are stored.
The program 1021 of the data processing unit 102 accesses the table 1012A registered in the protein database 1012 using the protein ID, acquires coordinate information related to the three-dimensional structure of the protein, and displays a three-dimensional structure diagram. Then, the table 1012B is accessed, the annotation information is acquired, and the color of the annotation is displayed on the three-dimensional structure diagram of the protein.

図２は、解析対象のアミノ酸の全体構造の像とユーザに指定された部分の詳細構造の情報であるゲノム配列情報を同時に表示する拡大虫眼鏡インタフェース画面の一例を示す図である。
この拡大虫眼鏡インタフェース画面は、プログラム１０２１が表示部１０４に表示する。
ここで例示する拡大虫眼鏡インタフェース画面は、アミノ酸などの全体像を表示する全体像表示ウインドウ２０１と、全体像の中の一部分をユーザに選択させるカーソル部２０２と、ユーザに指定された部分の詳細情報（アミノ酸にあってはゲノム配列）を表示する部分情報表示ウインドウ２０３と、拡大のスケールと注釈の色を設定する虫眼鏡設定ウインドウ２０４で構成されている。 FIG. 2 is a diagram showing an example of an enlarged magnifying glass interface screen that simultaneously displays an image of the entire structure of the amino acid to be analyzed and genome sequence information that is detailed structure information of a portion designated by the user.
This enlarged magnifying glass interface screen is displayed on the display unit 104 by the program 1021.
The magnified magnifying glass interface screen illustrated here includes an entire image display window 201 that displays an entire image such as amino acids, a cursor portion 202 that allows the user to select a portion of the entire image, and detailed information on a portion specified by the user It consists of a partial information display window 203 for displaying (a genome sequence in the case of amino acids) and a magnifying glass setting window 204 for setting an enlargement scale and an annotation color.

部分情報表示ウインドウ２０３は、ユーザが入力した注釈に対し色を付けて表示する表示部２０３１と、注釈の内容を表示する２０３２で構成されている。
虫眼鏡設定ウインドウ２０４は、ユーザに指定された部分の詳細情報を表示する際の拡大スケールを選択する入力部２０４１と、注釈の色を入力する入力部２０４２と、注釈の内容を入力する入力部２０４３と、注釈の内容を登録する入力部２０４４で構成されている。
入力部２０４１でＤＮＡ(デオキシリボ核酸)レベルで部分情報を表示するか、アミノ酸レベルで部分情報を表示するか選択することができる。
また、入力部２０４２で注釈を入れた際の色の設定を行うことができる。さらに入力部２０４３で注釈の内容を入力することができる。また、入力部２０４４で入力部２０４２と入力部２０４３で入力された内容を元に、表示部２０３１と表示部２０３２の注釈情報を表示する。 The partial information display window 203 includes a display unit 2031 that displays the annotation input by the user with a color, and 2032 that displays the content of the annotation.
The magnifying glass setting window 204 has an input unit 2041 for selecting an enlargement scale for displaying detailed information of a part designated by the user, an input unit 2042 for inputting the color of the annotation, and an input unit 2043 for inputting the content of the annotation. And an input unit 2044 for registering the contents of the annotation.
The input unit 2041 can select whether partial information is displayed at the DNA (deoxyribonucleic acid) level or partial information is displayed at the amino acid level.
In addition, it is possible to set a color when an annotation is entered using the input unit 2042. Further, the contents of the annotation can be input with the input unit 2043. Also, annotation information of the display unit 2031 and the display unit 2032 is displayed based on the contents input by the input unit 2042 and the input unit 2043 by the input unit 2044.

図３は、解析対象の蛋白質の全体構造の像とユーザに指定された部分の情報を同時に表示する拡大虫眼鏡インタフェース画面の一例を示す図である。
図２の例と同様に、蛋白質の全体構造を表示する全体像表示ウインドウ３０１と、蛋白質の立体構造の中の一部分をユーザに選択させるカーソル部３０２と、選択された部分の詳細情報を表示する部分情報表示ウインドウ３０３と、拡大のスケールと注釈の色を設定する虫眼鏡設定ウインドウ３０４で構成されている。
虫眼鏡設定ウインドウ３０４は、ユーザに指定された部分の詳細情報を表示する際の拡大スケールを選択する入力部３０４１と、注釈の色を入力する入力部３０４２と、注釈の内容を入力する入力部３０４３で構成されている。入力部３０４１でＤＮＡ(デオキシリボ核酸)レベルで部分情報を表示するか、アミノ酸レベルで部分情報を表示するか選択することができる。入力部３０４２で注釈を入れた際の色の設定を行うことができる。また、入力部３０４３で注釈の内容を入力することができる。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an enlarged magnifying glass interface screen that simultaneously displays an image of the entire structure of the protein to be analyzed and information on a portion designated by the user.
Similar to the example of FIG. 2, an overall image display window 301 that displays the entire structure of the protein, a cursor portion 302 that allows the user to select a portion of the three-dimensional structure of the protein, and detailed information on the selected portion are displayed. A partial information display window 303 and a magnifying glass setting window 304 for setting an enlargement scale and an annotation color are configured.
The magnifying glass setting window 304 has an input unit 3041 for selecting an enlargement scale when displaying detailed information of a part designated by the user, an input unit 3042 for inputting the color of the annotation, and an input unit 3043 for inputting the content of the annotation. It consists of The input unit 3041 can select whether partial information is displayed at the DNA (deoxyribonucleic acid) level or partial information is displayed at the amino acid level. A color can be set when an annotation is entered in the input unit 3042. Further, the contents of the annotation can be input with the input unit 3043.

図４は、拡大虫眼鏡インタフェース画面を表示するプログラム１０２１の処理の概要を示すフローチャートである。
プログラム１０２１は、まず、解析対象のアミノ酸の配列情報、ゲノム配列情報、タンパク質の配列情報、立体構造図の情報をデータベース１０１に格納する（ステップ４０１）。
次に、登録されたシークエンスの全体像、もしくはタンパク質の立体構造の全体像を図２または図３で例示した全体像表示ウインドウ２０１または３０１に表示する（ステップ４０２）。 FIG. 4 is a flowchart showing an outline of processing of the program 1021 for displaying the magnified magnifying glass interface screen.
First, the program 1021 stores the sequence information of the amino acid to be analyzed, the genome sequence information, the protein sequence information, and the 3D structure diagram information in the database 101 (step 401).
Next, an entire image of the registered sequence or an entire image of the three-dimensional structure of the protein is displayed on the entire image display window 201 or 301 illustrated in FIG. 2 or 3 (step 402).

次に、部分的な詳細情報を表示する際の拡大スケール、注釈の色などのパラメータを入力させ、データベース１０１のテーブル１０１１Ｂ，１０１２Ｂに登録する（ステップ４０３）。
次に、虫眼鏡形状のカーソル部２０２，３０２を使って拡大したい部分がユーザに選択されると（ステップ４０４）、その選択された部分の詳細情報（例えばアミノ酸にあってはゲノム配列、蛋白質にあってはアミノ酸配列）をデータベース１０１から読出し、部分情報表示ウインドウ２０３または３０３に表示する（ステップ４０５）。
ユーザが虫眼鏡形状のカーソル部２０２，３０２を移動して別の部分を指定した場合、その部分に注釈があった場合は、設定された注釈の色を配列に色付けし、注釈内容も部分表示ウインドウ２０３または３０３に表示させる（ステップ４０７）。 Next, parameters such as an enlargement scale and an annotation color for displaying partial detailed information are input and registered in the tables 1011B and 1012B of the database 101 (step 403).
Next, when the user selects a portion to be enlarged using the magnifying glass-shaped cursor portions 202 and 302 (step 404), detailed information on the selected portion (for example, in the case of amino acids, the genome sequence and the protein are matched). (Amino acid sequence) is read from the database 101 and displayed on the partial information display window 203 or 303 (step 405).
When the user moves the magnifying glass-shaped cursor portions 202 and 302 and designates another portion, and there is an annotation in that portion, the set annotation color is colored in the array, and the annotation content is also displayed in the partial display window. It is displayed on 203 or 303 (step 407).

図５は、部分表示ウインドウ上で選択した部分に対し、注釈の色と内容を登録した場合の処理概要を示したフローチャートである。
プログラム１０２１は、虫眼鏡形状のカーソル部２０２，３０２で選択した部分に対する拡大画面を表示する（ステップ５０１）。次に、ユーザがマウスのドラッグ機能を用いて注釈を入れたい配列を選択し（ステップ５０２）、さらに注釈の色と注釈の内容を入力し（ステップ５０３）、登録ボタン２０４４を押下したならば（ステップ５０４）、部分情報表示ウインドウ２０３または３０３で選択された部分情報に対し、色付けの注釈の内容を付加して登録する（ステップ５０５）。 FIG. 5 is a flowchart showing an outline of processing when the color and content of the annotation are registered for the part selected on the partial display window.
The program 1021 displays an enlarged screen for the portion selected by the magnifying glass-shaped cursor portions 202 and 302 (step 501). Next, if the user selects an array to be annotated by using the mouse drag function (step 502), inputs an annotation color and an annotation content (step 503), and presses the registration button 2044 (step 503). In step 504), the content of the coloring annotation is added to the partial information selected in the partial information display window 203 or 303 and registered (step 505).

本発明に係る生体高分子の表示装置の実施形態を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a biopolymer display device according to the present invention. 生体高分子の全体像と部分詳細情報を表示する画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen which displays the whole image and partial detailed information of a biopolymer. 生体高分子の全体像と部分詳細情報を表示する画面の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the screen which displays the whole image and partial detailed information of a biopolymer. 生体高分子の全体像と部分詳細情報を表示するプログラムの表示処理の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the display process of the program which displays the whole image and partial detailed information of a biopolymer. 生体高分子の全体像と部分詳細情報を表示するプログラムの注釈情報等の入力処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows input processing of the annotation information etc. of the program which displays the whole image and partial detailed information of a biopolymer. シークエンスＤＢの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of sequence DB. 蛋白質ＤＢの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of protein DB.

符号の説明Explanation of symbols

１０１ データベース
１０２ データ処理部
１０３ 入力部
１０４ 表示部
２０１ 全体像表示ウインドウ
２０３ 部分情報表示ウインドウ
１０１１ シークエンスＤＢ
１０１２ 蛋白質ＤＢ
１０２１ プログラム DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Database 102 Data processing part 103 Input part 104 Display part 201 Whole image display window 203 Partial information display window 1011 Sequence DB
1012 Protein DB
1021 program

Claims (2)

生体高分子表示装置がデータベースから生体高分子の全体構造に関する情報を読出して生体高分子の全体構造の像を表示画面に表示するステップと、表示された全体構造の像のうちユーザに指定された部分の詳細構造に関する情報を前記データベースから読み出して前記全体構造の像と詳細構造に関する情報とを同一画面上に表示するステップとを備えることを特徴とする生体高分子の表示方法。   The biopolymer display device reads information on the entire structure of the biopolymer from the database and displays an image of the entire structure of the biopolymer on the display screen, and the user designates the displayed image of the entire structure. A method for displaying a biopolymer, comprising: reading information on a detailed structure of a part from the database and displaying an image of the entire structure and information on the detailed structure on the same screen. データベースから生体高分子の全体構造に関する情報を読出して生体高分子の全体構造の像を表示画面に表示する手段と、表示された全体構造の像のうちユーザに指定された部分の詳細構造に関する情報を前記データベースから読み出して前記全体構造の像と詳細構造に関する情報とを同一画面上に表示する手段とを備えることを特徴とする生体高分子の表示装置。   Means for reading out information on the entire structure of the biopolymer from the database and displaying an image of the entire structure of the biopolymer on the display screen, and information on the detailed structure of the portion designated by the user in the displayed image of the entire structure And a means for displaying the image of the entire structure and the information on the detailed structure on the same screen.
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