GO機能注釈および富化分析

GO（Gene Ontology）は、遺伝子本体連合会（Gene Ontology Consortium）によって設立されたデータベースであり、様々な生物種に適用可能で、遺伝子とタンパク質の機能を限定し記述するためのもので、研究が進むにつれて更新されるセマンティック語彙標準を提供します。制御語彙（controlled vocabulary）を動的に構築することによって、遺伝子やタンパク質が細胞内で果たす役割を記述し、生物体内の遺伝子と遺伝子産物の属性を総合的に記述します。GOデータベースには3つの大カテゴリがあり、生物学的プロセス（Biological Process, BP）、細胞構成要素（Cellular Component, CC）、分子機能（Molecular Function, MF）で、それぞれ遺伝子産物が果たす可能性のある分子機能、存在する細胞環境、および関与する生物学的プロセスを記述します。GOデータベースの基本的な概念はノードで、各ノードには「Cell」、「Fibroblast Growth Factor Receptor Binding」、「Signal Transduction」などの名前があり、「GO:nnnnnnn」のような一意の番号が付与されています。識別されたタンパク質IDに基づき、Uniprotデータベースからタンパク質のGOデータベース注釈情報を取得して、タンパク質の機能分類注釈を行います。BP、CC、およびMFに関連するGOノードについて、すべての対応するタンパク質数を列挙し、同時に表現タンパク質の二次分類状況について統計図を作成します。

1. GO二次分類統計図
 

図1 差異表現タンパク質のGO二次注釈

注：横軸はGO分類、縦軸の左側はタンパク質数の割合、右側はタンパク質数です。この図は差異表現上昇タンパク質と下降タンパク質のGO各二次機能におけるタンパク質の富集状況を示しており、2つの調節方向における各二次機能の地位を反映しています。明らかに割合が異なる二次機能は、差異表現上昇タンパク質と下降タンパク質の富集傾向が異なることを示しており、この機能が差異に関連しているかどうかを重点的に分析できます。

2. GOレベル分類統計図
異なるレベルのGOノードに注釈されたタンパク質数に基づき、上位20のGOノードを選択して表示します。図のように：

図2 タンパク質の異なるレベルにおける注釈結果統計図

注：横軸はタンパク質の富集割合、縦軸は小さい順にレベルを並べています。異なるレベルは異なる色で表示され、各柱の後の数字はその分類のタンパク質数です。

3. topGOタンパク質富集解析

バイオテックは、topGOを用いて差異表現タンパク質の富集解析を行い、GOノードにおける差異表現タンパク質の富集の有意性を得ます。そして、顕著に富集されたノードのGO体系内の階層関係を有向非循環グラフ形式で直観的に表示します。topGO有向非循環グラフは差異表現遺伝子富集のGOノード（項目）とその階層関係を直観的に示すもので、差異表現遺伝子GO富集解析の結果をグラフィカルに表示し、分枝は包含関係を示し、上から下に定義される機能記述範囲がますます具体的になります。有向非循環グラフでは、矢印は包含関係を示し、すべての遺伝子がその上位ノードにも注釈されていることを意味します。

差異表現タンパク質のtopGO分子機能有向非循環グラフは以下の通り：

図3 差異表現タンパク質topGO富集有向非循環グラフ（分子機能）

注：各GOノードを富集し、図では顕著度の高い10個のノードを方形で示し、図には各階層の対応関係も含まれています。各方形（または楕円）内にそのGOノードの内容説明と富集の有意性値が示されています。異なる色は異なる富集の有意性を表し、色が濃いほど有意性が高くなります。