JP4579525B2 - 遺伝子発現データ管理表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、データの管理及び表示方法に関し、特に、遺伝子発現解析によって得られた遺伝子発現データを管理及び表示する方法に関する。

遺伝子発現データを網羅的に解析する手段としてDNAチップあるいはDNAマイクロアレイ（以下、総称してDNAチップという）が使用されている。それによって、ヒトゲノムシークエンスやマウスゲノムシークエンスを代表とするゲノム配列の完全長が解読されているが、遺伝子の構造や機能については殆どが未知である。

DNAチップに搭載するプローブは、ゲノムシークエンスの情報によって決定されるが、スプライスバリアントの影響を考慮しなければならない場合、単一の生物種に存在する遺伝子を全てプロファイリングする場合等のため、DNAチップに搭載するプローブ数は増加の一途を辿っている。

一枚のDNAチップに搭載するプローブ数には限界があるため、現在では、通常、バッチ単位の実験が行われている。それによると、プローブをバッチ単位（一回分の単位）に分割し、異なるDNAチップに配置する。このようなバッチ単位の実験では、同一のサンプルに対して異なるDNAチップを使用するため、バッチ単位間にて品質のばらつきが生じ、それが、全体的な品質のばらつきを生じさせるという問題が発生する。

通常、一つのサンプルに対して異なるDNAチップを用いて実験を行った場合、遺伝子発現データをDNAチップごとに正規化し、そのデータのばらつきが、品質上のばらつきなのか、生物学的ばらつきなのか、技術的ばらつきなのかを判定しなければならない。実験結果のばらつきをどのように評価し、又は、区別するのかが、遺伝子発現データを解釈する上で重要な課題となっている。このような種々のばらつきに対して更に、バッチ単位間のばらつきが加算されると、ばらつきの原因の究明は更に困難となる。

非特許文献１では、このような問題を解決するために、独立した実験単位を設定して実験計画を立案することが重要であると主張している。

図１は、非特許文献1で示されていた実験の一例を示す。この実験では、２つの処理Ａ、Ｂのマウスへの影響の差を調べる。サンプルとして４匹のマウス101を用意し、そのうちの２匹に処理Ａを施し、他の２匹に処理Bを施す。各マウスより重複試料として２個のmRNAを抽出し、それらを互いに異なる蛍光色素102、103で標識する。一方の蛍光色素102により標識された試料をチャンネル１（Ch1）とし、他方の蛍光色素103により標識された試料をチャンネル２（Ch2）とする。こうして用意された４対の試料に対して符号Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を付す。試料の符号は、処理を表す英字と同一処理を施した重複試料の番号を表す数字からなる。８個の試料より処理及びチャンネルが互いに異なる４対の試料を取り出し、DNAチップ104上でハイブリダイゼーションを行う。

一般に、２つの処理Ａ、Ｂのマウスへの影響の差を調べる場合、先ず、２匹のマウスを用意し、一方に処理Ａを施し、他方に処理Ｂを施す。各マウスからmRNAを抽出し、それらを互いに異なる蛍光色素によって染色し、それをDNAチップ上でハイブリダイゼーションする。このような方法では、マウスの選択の偏りや、２つの蛍光色素の特性によって実験データに偏りが起きる。したがって、得られた実験データは統計学的に有意であるとは言ない。

図1に示す例では、各マウスから抽出した重複試料に対して色素交換実験を適用し、重複試料mRNAから適当な組み合わせを選択してハイブリダイゼーションを行うため、技術的ばらつきが減少する。即ち、非特許文献1で示されている統計学的な処理はデータを解析する上で有効であると考えられる。

図2を参照して、図1の例とは異なる他の実験例を説明する。この実験例では、２つの互いに異なる細胞に対する１つの処理Ａによる影響の差を調べる。先ずサンプルとして“Normal”細胞201と“Disease”細胞202の２種類の細胞をそれぞれ２個用意する。全ての細胞に処理Ａを施し、各細胞より重複試料として２個のmRNAを抽出する。“Normal”細胞201からの試料と“Disease”細胞202からの試料を互いに異なる蛍光色素203、204で標識する。一方の蛍光色素203により標識された試料をチャンネル１（Ch1）とし、他方の蛍光色素204により標識された試料をチャンネル２（Ch2）とする。こうして用意された４対の試料に対して符号Ｎ１、Ｎ２、Ｄ１、Ｄ２を付す。試料の符号は、細胞の種類を表す英字と同一種類の重複試料の番号を表す数字からなる。８個の試料より細胞及びチャンネルが互いに異なる４対の試料を取り出し、DNAチップ205上でハイブリダイゼーションを行う。

この方法は、基準サンプル（例えばNormal細胞）と対象サンプル（例えばDisease細胞）を比較する場合によく用いられる。この方法は、色素交換法を適用していないが、同サンプル且つ同一チップを用いた繰り返し実験による再現性の評価を行う場合にも使用される。

非特許文献１に記載されているような統計的な処理を全て考慮し、様々な形態の実験を網羅的に実行するためには、一回の実験に用いるDNAチップの枚数が大量に必要であり、実験回数も増加することになる。

一方、各実験に関する情報には、実験条件、サンプルの種類、独立したサンプル数、サンプルに対する処理方法、使用するＤＮＡチップの種類、ハイブリダイゼーションに用いた標識方法の組み合わせ等があり、更に、ＤＮＡチップに搭載されているプローブの情報（公共データベースから得られた遺伝子情報等）、実験を行った日時及び人物等も挙げられる。このような多数の情報を含む遺伝子発現データを効率よく解析するためには、効率的な遺伝子発現データ管理システムが必要である。

Churchill,G.A. (2002). Fundamentals of experimental design for cDNA microarrays. Nat. Genet. 32 Suppl, 490-495.

従来の遺伝子発現データ解析システムでは、遺伝子発現データ以外の情報として、実験条件やサンプルに対する詳細な情報を入力することができるが、それらの情報は、ツリー形式もしくはリスト形式で表示される。ツリー形式で表示を行うシステムでは、一度に解析するデータをフォルダとして管理し、実験条件やターゲット試料の情報を考慮して管理していない。また、リスト形式で表示を行うシステムでは、個々のハイブリダイゼーションの情報を表示するが、様々な実験計画における実験条件を考慮してデータを管理していない。

バッチ単位の実験により得られた遺伝子発現データは、最終的には同一の生物種のデータとして同じ解析の土俵に乗せて発現値の評価を行うことが必要である。

しかしながら、従来の遺伝子発現データ解析システムでは、バッチ単位の実験において、重複試料を用いたハイブリダイゼーションによる反復実験を表示し、ターゲットの色素交換法を考慮した表示を行わない。

また、従来の遺伝子発現データ解析システムでは、チップ方向の追加表示を行うことはできない。従って、同じ試料を使用し、異なる実験から得られた遺伝子発現データは、研究者が事前にマージし、従来の遺伝子発現データ解析システムを使用してフォルダ又はリストを新たに作成しなければならない。

研究者によって異なる実験計画が立案された場合に、多くのDNAチップを用いて大量の遺伝子発現データが生成される。しかしながら、従来、ハイブリダイゼーションの組み合わせを考慮した色素交換実験や、反復実験に対するデータ管理表示を、視覚的に、且つ、明確に表示することができなかった。従って、それらのデータの確認や前処理、解析といった操作を円滑に行うことができなかった。

本発明の目的は、遺伝子発現解析において、様々な実験計画に基いて得られた大量の遺伝子発現データを視覚的に明確に管理且つ表示する方法を提供することにある。

本発明によると、DNAチップ及びそれに搭載されたプローブに関する情報、DNAチップにより得られた遺伝子発現値情報、及び、ハイブリダイゼーション実験に関する実験情報を含む遺伝子発現データを管理し、表示する遺伝子発現データ管理表示方法において、
DNAチップの種類の数と同一数の行を設定する行設定ステップと、
上記ハイブリダイゼーション実験の解析対象を判定し、該判定した解析対象に基づいてDNAチップの種類と対照となる項目を設定する項目設定ステップと、
上記項目設定ステップにて設定された項目の数と同一数の列を設定する列設定ステップと、
上記行設定ステップにて設定された行数に１加算した数の行と上記列設定ステップにて設定された列数に１加算した数の列からなるマトリックスを生成するマトリックス生成ステップと、
上記マトリックスの第１列の各セルに上記DNAチップの種類を挿入する第１列挿入ステップと、
上記マトリックスの第１行の各セルに上記項目を挿入する第１行挿入ステップと、
上記マトリックスの行と列が交差するセルの各々に、該セルが属する行のDNAチップの種類と該セルが属する列の項目の組み合わせによる実験データを挿入するセル挿入ステップと、
上記DNAチップの種類、上記項目及び上記実験データが挿入されたセルからなるマトリックスを描画するマトリックス描画ステップと、
を含む。

また、上記の情報を入手する方法として円滑に情報を入力するためのウィザード形式によるユーザインターフェースを備え、データ管理表示画面から単数もしくは複数のハイブリダイゼーションを示す表示から、発現データを使用して散布図を表示し、特定の実験条件に応じて、あるいはチップの種類に応じて、統計解析を行うことを特徴とする表をビジュアル化したマトリックス形式のデータ管理表示方法を備えている。また、従来の表形式による情報の提示とマトリックス形式による情報の提示を切り替え可能な表示機能を備えている。

更に、本発明によると、全てのサンプルから２個の試料を抽出し、該抽出した全ての試料を、サンプルの個体又はサンプルに施された処理方法を識別するために互いに異なる２つの蛍光色素によって標識し、一方の蛍光色素によって標識された試料をチャンネル１とし、他方の蛍光色素によって標識された試料をチャンネル２とするとき、DNAチップ及びそれに搭載されたプローブに関する情報、DNAチップにより得られた遺伝子発現値情報、及び、ハイブリダイゼーション実験に関する実験情報を含む遺伝子発現データを管理し、表示する遺伝子発現データ管理表示方法において、
サンプルに対する処理方法の種類の数とサンプルの種類の数を比較し、サンプルに対する処理方法の種類の数がサンプルの種類の数より多い場合には解析対象がサンプルに対する処理方法による影響を調べることにあると判定し、サンプルに対する処理方法の種類の数がサンプルの種類の数より多くない場合には解析対象がサンプルの種類による影響を調べることにあると判定する解析対象判定ステップと、
上記解析対象判定ステップにて解析対象がサンプルに対する処理方法による影響を調べることにあると判定した場合に、チャンネル１の処理方法の種類と同一数の列を設定し、チャンネル２の処理方法の種類と同一数の行を設定する第１の列及び行設定ステップと、
上記第１の列及び行設定ステップにて設定された行数に１加算した数の行と上記第１の列の列及び行設定ステップにて設定された列数に１加算した数の列からなるマトリックスを生成するマトリックス生成ステップと、
上記マトリックスの第１列の各セルにチャンネル２の処理方法の種類を挿入する第１列挿入ステップと、
上記マトリックスの第１行の各セルにチャンネル１の処理方法の種類を挿入する第１行挿入ステップと、
上記マトリックスの行と列が交差するセルの各々に、該セルが属する行の処理方法の種類と該セルが属する列の処理方法の種類の組み合わせによる実験データを挿入するセル挿入ステップと、
上記DNAチップの種類、上記処理方法の種類及び上記実験データが挿入されたマトリックスを描画するマトリックス描画ステップと、
を含む。

本発明によれば、DNAチップに搭載するプローブ数がゲノムシークエンス情報を網羅するようにバッチ単位の実験を実施した場合においても、同一の生物種による複数種類の遺伝子発現データを同じ解析の土俵に乗せて評価を行うことが可能となる。

また、ハイブリダイゼーションの組み合わせや、色素交換法への適用、反復実験に関して、時系列やＤＮＡチップの種類を考慮し、直感的な把握、認識ができるようなデータ管理表示が可能となり、煩雑かつ大量な遺伝子発現データを整頓することが実現される。

また、このデータ管理表示画面から次なる処理、例えばデータの比較や統計処理といった操作を実行する上で、データの把握、管理にかかる時間を短縮することができ、遺伝子発現データ解析における手助けとなる。

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。図3は本発明による遺伝子発現データ管理表示方法を実行するための装置のシステム構成を示す図である。本例の装置は、発現値情報、実験情報、プローブ情報等のDNAチップに関する情報を記録したDNAチップデータベース300、データの管理を行うためのデータ管理ウィンドウ等を表示するための表示装置301、実験データに関与する情報を入力し、DNAチップデータをデータ管理ウィンドウから選択操作するためのキーボード302及びマウス303、中央処理装置304、及び、中央処理装置304での処理に必要なプログラムを格納するプログラムメモリ305を備える。プログラムメモリ305には、実験情報等を入力しそれをDNAチップデータベース300に格納するための入力プログラム306、発現値情報、実験情報、プローブ情報等をDNAチップデータベース300から取り出して、表示するための描画プログラム307が格納されている。DNAチップデータベース300に格納する発現値情報、実験情報、及び、プローブ情報を以下に図４〜図６を参照して説明する。

図4は、DNAチップデータベース300に格納されている実験情報の例を示す。ここでは、図１に示した実験と同様な実験を行ったものとする。即ち、サンプルとして４匹のマウスを用意し、そのうちの２匹に処理Ａを施し、他の２匹に処理Bを施す。各マウスより重複試料として２個のmRNAを抽出し、それらを１又は２種類の蛍光色素で標識する。２種類の蛍光色素で標識した場合、一方の蛍光色素により標識された試料をチャンネル１（Ch1）とし、他方の蛍光色素により標識された試料をチャンネル２（Ch2）とする。こうして用意された４対の試料に対して符号Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を付す。試料の符号は、処理を表す英字と同一処理を施した重複試料の番号を表す数字からなる。８個の試料より処理及びチャンネルが互いに異なる４対の試料を取り出し、４枚のDNAチップ上でそれぞれハイブリダイゼーションを行う。

尚、本例では、異なるチップタイプChip Typeを用いて、時系列にて、N回のハイブリダイゼーション実験を行ったものとする。例えば、各チップタイプChip Typeに対して４枚のDNAチップを用意し、各DNAチップ上で、ハイブリダイゼーションを行う。これを、時系列の時点数だけ繰り返す。

図4はN回分のハイブリダイゼーション実験の実験情報を示す。各行は1回分のハイブリダイゼーション実験のデータを示す。

Hybridization ID400は、各ハイブリダイゼーションを一意に決定する識別符号を表し、繰り返し実験単位401は、実施したハイブリダイゼーションの繰り返し回数を表す。チップタイプChip Type402は、ＤＮＡチップを識別するためのＤＮＡチップの種類であり、チップの種類が異なるとそれに搭載されているプローブが異なる。

パラメータ403は、パラメータとして選択した時間、濃度、容量等を表示する。時間、濃度、容量等の変化による影響を解析対象とする場合には、これらの物理量の中から適当なパラメータを選択する。この例では、時系列の実験であるため、パラメータ403として時間が表示されている。時間、濃度、容量等が一定であり、それらの変化による影響を解析対象としない場合には、この欄は空欄となる。

Ch 1処理方法404は、Ch 1の試料に対して行った処理方法、Ch 2処理方法405は、Ch 2の試料に対して行った処理方法である。処理方法404、405は、主に薬剤の種類、化学物質、加熱、冷却、栄養状態等の環境要因を示す。Ch 1 Sample406及びCh 2 Sample407は、個体の種類や組織、細胞の種類等のサンプルの情報を表す。

ブロック数408は、一枚のDNAチップのブロック数であり、スポット数409は1ブロック当たりのスポット数である。ブロック数にスポット数を乗算すると、一枚のDNAチップに搭載されたプローブ数が得られる。例えば、ハイブリダイゼーションID＝１の場合、一枚のDNAチップに48×225個のプローブが搭載されていることになる。

図5は、DNAチップデータベース300に格納されている発現値情報の例を示す。HybridizationID500は、図４のHybridizationID400に対応する。図示のように、例えば、HybridizationID＝１のデータは、48×225個だけ存在する。プローブID501は、DNAチップ上に搭載されているプローブを一意に決定するための識別符号である。Ch 1 Intensity502、及び、Ch 2 Intensity503は、それぞれ、Channel 1のハイブリダイゼーション測定値、及び、Channel 2のハイブリダイゼーション測定値を表す。従って、Ch 1 Intensity502、及び、Ch 2 Intensity503には一つのプローブIDに対する発現値が格納されている。

図6は、DNAチップデータベース300に格納されているプローブ情報の例を示す。図6はM個のプローブに対してプローブを設計する上で基となったシークエンス情報（通常はmRNAの断片等である場合が多い）の詳細を示す。プローブID600は、図5のＰｒｏｂｅID501に対応する。Description601は、生体内での機能情報を表し、Accession No602は、シークエンス情報の一意性を表す、公共データベースに登録されている番号を示す。Accession No603は、他の公共データベースに登録されている番号を示す。Note1 604、及び、Note2 605は、その他プローブに関する情報を示す。

これらの項目601〜605は、搭載しているプローブの種類、使用するＤＮＡチップの種類によって変化する。一般に、DNAチップを用いた遺伝子発現解析において、プローブ情報には、プローブに関する詳細情報、複数の公共データベースのアクセッション番号（公共データベースには多種類存在するが最大20個）、蛍光強度の測定値の状態を表すフラグ情報、プローブを設計する上で基となったシークエンス情報の生体内でのタンパク質としての機能、ユーザによって特異的な情報等を含む。

図7は、図4に示したの実験情報をユーザが入力するための入力画面の例を示す。画面の右上の実験名700には、同一の解析対象に対するハイブリダイゼーション実験から得られた遺伝子発現データの集合を１つの“実験”として認識し、それに付した名称を記入する。ユーザはこの実験名700を呼び出すことによって、一度解析システムにインポートしたデータを閲覧したり、再解析したりすることができる。

実験名700の下に表示された表の１行目の各項目を説明する。ファイル名701には、解析システムにインポートする発現データを保持したファイル名を入力する。Chip Type702には、各ファイルに対応する実験に用いられたDNAチップの種類を記入する。これは、図4のChip Type402に格納される。パラメータ703には、時系列、濃度、容量等の情報を記入する。これは、図4のパラメータ403に格納される。Ch 1処理方法704には、Ch 1の試料に対して行った処理方法を記入し、Ch 2処理方法705には、Ch 2の試料に対して行った処理方法を記入する。これらは、図４のCh 1処理方法404及びCh 2処理方法405に格納される。

Ch 1 Sample706及びCh 2 Sample707には、Ch 1及びCh 2の試料に関する個体の種類や組織、細胞の種類等のサンプルの情報を記入する。これらは、図４のCh 1 Sample406及びCh 2 Sample407に格納される。

再現性を確認するために、同種のサンプルと同種のチップタイプを使用する繰り返し実験が行われる。繰り返し実験の場合には、File Name701の中からファイルを選択し、繰り返し実験選択ボタン708をクリックすることにより、図４の繰り返し実験単位401の数値が増加する。選択解除ボタン709をクリックすることにより、一度繰り返し実験として登録したファイルを解除することができる。この場合、図４の繰り返し実験単位401の数値が減少する。ラジオボタン710をクリックすることにより、繰り返し実験における発現データの処理方法が選択される。

各ファイルには、各項目の情報を記述するためのセル711が設けられている。ユーザは、セル711に入力装置302,303より直接文字列を記述し、FILL DOWNボタン712をクリックすることにより同一情報を繰り返し記入する手間を削減することができる。

図7の表の１行目に表示されている項目以外の情報を記述する場合は、情報の追加ボタン713をクリックする。それによって、新たなカラムが作成され、新たな項目を記述することができる。このとき、図4の実験情報データには、新たな項目が追加される。削除ボタン714をクリックすることにより、既に表示されているカラムの中から不必要な情報を削除することができる。

図8は、本発明による遺伝子発現データ管理表示方法により、DNAチップデータベース300から図4のデータを取り出し、画面上にマトリックスを描いた例を示す。ここでは、図1の実験例をマトリックスに表現した。図1の実験では、マウスによる処理Aと処理Bの比較である。横軸はChannel１の処理方法の種類、即ち、第１の蛍光色素102により標識されたmRNAを表し、縦軸はChannel 2の処理方法の種類、即ち、第２の蛍光色素103により標識されたmRNAを表す。マトリックスの下端行800には、Channel１の試料の符号が示され、マトリックスの左端列801には、Channel 2の試料の符号が示されている。マトリックスのセル内に示されたファイルは、横軸側のChannel１の試料と縦軸側はChannel 2の試料によるハイブリダイゼーションの発現データを示す。例えば、ファイル802は、Channel 1の試料A2とChannel 2の試料B2の組み合わせでハイブリダイゼーションを行った発現データを表す。

図9は、本発明による遺伝子発現データ管理表示方法により、図2の実験例をマトリックスに表現したものである。図2の実験では、正常細胞（Normal）と疾患細胞（Disease）の比較である。横軸はChannel１の試料（Sample）、即ち、第１の蛍光色素203により標識された“Normal”細胞201を表し、縦軸はChannel 2の試料、即ち、第２の蛍光色素204により標識された“Disease”細胞202を表す。マトリックスの下端行900には、Channel１の試料の符号が示され、マトリックスの左端列901には、Channel 2の試料の符号が示されている。マトリックスのセル内に示されたファイルは、横軸側のChannel１の試料と縦軸側はChannel 2の試料によるハイブリダイゼーションの発現データを示す。例えば、ファイル902は、Channel 1の試料N2とChannel 2の試料D2の組み合わせでハイブリダイゼーションを行った発現データを表す。

図10は、本発明による遺伝子発現データ管理表示方法により、ハイブリダイゼーション実験の結果をマトリックス表示した例を示す。図1に示した実験例では、4個のマウスに対して、同一種類の4枚のDNAチップを使用して、色素交換法を適用したハイブリダイゼーションを、繰り返し実行した。本例では、このような実験を3種類のDNAチップを用いて、時系列にて行った。

マトリックスの左端列1000にはチップの種類（Chip Type）が表示され、上端行1001には時系列の時点が表示されている。図４を参照して説明したように、時間、濃度、容量等のパラメータの変化による影響を解析対象とする場合には、これらの物理量から適当な物理量を選択して、それをパラメータとする。上端行1001には、こうして選択した時間、濃度、容量等のパラメータを表示する。

時間、濃度、容量等のパラメータの変化による影響を解析対象としない場合には、即ち、図４の実験情報のパラメータ403の欄が空欄の場合には、上端行1001には、２つのチャンネルのサンプルに対する処理方法の組み合わせ又はサンプルの種類の組み合わせを表示する。従って、上端行1001の項目は実験により解析対象が異なると、変化する。

マトリックスのセル内に表示された小マトリックスは、図8又は図9に示したマトリックスを示す。例えば、小マトリックス1002は、Chip Cを使用し、2 Daysの条件で行った実験結果を示す。

図8及び図9を参照して説明したように、この小マトリックス1002の下端行1004には、Channel１の項目名が示され、左端列1005には、Channel 2の項目名が示されている。小マトリックス1002のセル内のファイル1003は、横軸側のChannel１の試料と縦軸側のChannel 2の試料による一回のハイブリダイゼーションの発現データを示す。

マトリックスのセル1006は空欄になっている。これは、未だデータが登録されていないことを示す。本例では、このようにＤＮＡチップの種類とパラメータを縦軸と横軸によって表現し、マトリックスのセルに更に小マトリックスを表示する。従って、発現値を色で表現したカラーマップと呼ばれる表現形態の縦軸と横軸に一致し、チップデータの管理を直感的に理解することができる。

図11を参照して表示装置301に表示したデータ管理表示画面の例を説明する。本例では、図11Ａに示すようにビジュアル化したデータ管理表示画面1100と図11Bに示すようにリスト化したデータ管理表示画面1110のいずれの表示も可能であり、両者間を相互に切り替えることができる。ビジュアル化したデータ管理表示画面1100は、表示切り替えボタン1101、統計解析ボタン1102、発現データの前処理ボタン1103、発現データの正規化ボタン1104、及び、マトリックス1105を含む。マトリックス1105は、図10に示したマトリックスに対応する。

同様に、リスト化したデータ管理表示画面1110は、表示切り替えボタン1111、統計解析ボタン1112、発現データの前処理ボタン1113、発現データの正規化ボタン1114、及び、表1115を含む。表1115はマトリックス1105のデータを表に表示したものである。

表示切り替えボタン1101、1111をクリックすることにより、ビジュアル化したデータ管理表示画面1100とリスト化したデータ管理表示画面1110を相互に切り替えることができる。統計解析ボタン1102、1112、発現データの前処理ボタン1103、1113、発現データの正規化ボタン1104、1114をそれぞれクリックすることにより、複数のハイブリダイゼーションを示すファイルを選択し、それぞれ所定の処理を実行することができる。

ビジュアル化したデータ管理表示画面1100において、小マトリックス内の、一回のハイブリダイゼーションを示すファイル1106をダブルクリックすることにより、又は、リスト化したデータ管理表示画面1110において、一回のハイブリダイゼーションを示す行1116をダブルクリックすることにより、発現データを二次元に表示した散布図を新しいウィンドウ1120に表示することができる。散布図の一つ一つの点1121は選択されたハイブリダイゼーションにおけるChannel 1とChannel 2の発現値の比を表現している。

図12は本発明による処理の概略を示したフローチャートである。ステップ1200にて、解析システムにインポートされた発現データを保持したファイルのファイルフォーマットを認識する。次にステップ1201にて、実験情報を入力する。実験情報は、ユーザによって図７に示した入力画面より入力される。ステップ1202にて、ハイブリダイゼーションの強度を測定した発現データ、入力された実験情報、及びプローブ情報を記述したファイルを読み込み、それをDNAチップデータベース300に格納する。

ステップ1203にて、DNAチップデータベース300から必要なデータを取り出し、その情報に基いてマトリックスを描画する。それにより、表示装置301には、図11Aに示したビジュアル化したデータ管理表示画面1100が表示される。ステップ1204にて、ユーザがデータを選択したか否かを判定する。上述のように、ユーザは、入力装置303を用いて小マトリックス内のファイルをダブルクリックすることにより、次の解析に用いるデータを選択することができる。ユーザがデータを選択しなかった場合には、処理を終了する。

ユーザは、データを選択すると、次に、統計解析ボタン1103、発現データの前処理ボタン1104、発現データの正規化ボタン1105等をクリックし、次の解析を選択する。ステップ1205にて、ユーザがクリックしたボタンに基いて、次の処理を選択する。ステップ1206にて、選択された処理を実行する。

図13は図12のステップ1203である、DNAチップデータベース300からデータを取り出し、図10における左端列の項目1000と上端行の項目1001を決定し、マトリックスを描画する処理のフローチャートである。

ステップ1300にて、図4のChip Type402の種類の数と同一数の“行”を設定する。ステップ1301にて、図4の実験情報のパラメータ403が存在するか否かを判定する。即ち、パラメータの変化による影響を解析対象とするか否かを判定する。パラメータ403が存在する場合は、ステップ1302に進み、パラメータがとる値の数と同一数の“列”を設定する。例えば、時系列の実験の場合、時点の数と同一数の列を設定する。パラメータ403が存在しない場合は、ステップ1303に進み、解析の比較対象となるものはサンプルへの処理方法の違いであるか、サンプルの種類であるかを調べるために、処理方法の種類がサンプルの種類よりも多いか否か否かを判定する。処理方法の種類がサンプルの種類よりも多い場合は同一の試料における処理方法の違いを比較しており、逆に処理方法の種類がサンプルの種類よりも少ない場合は同一処理におけるサンプルの違いを比較している実験であると判定する。

例えば、図１の例では、処理方法の種類はＡ、Ｂの２種類であり、サンプルの種類はマウスの１種類であり、処理方法の種類はサンプルの種類より多い。従って、図１の実験は、上述のように、２つの処理Ａ、Ｂのサンプル（マウス）への影響の差を調べることを目的とする。一方、図２の例では、処理方法の種類はＡの１種類であり、サンプルの種類は２種の細胞であり、処理方法の種類はサンプルの種類より少ない。従って、図２の実験は、上述のように、１つの処理Ａにおける２つのサンプル（細胞）に対する影響の差を調べることを目的とする。

処理方法の種類がサンプルの種類よりも多いときはステップ1304に進み、処理方法の種類の組（2種類を一組とする）の個数と同一数の“列”を設定する。処理方法の種類がサンプルの種類よりも多くないときはステップ1305に進み、サンプルの種類の組（2種類を一組とする）の個数と同一数の“列”を設定する。ステップ1306にて、設定された“行”と“列”に項目名を表示するための行と列を一つずつ追加して、（行＋1）×（列＋1）のマトリックスを描画する。ステップ1307にて、マトリックスの一列目にチップタイプを記述し、一行目にパラメータ、サンプルの処理方法又はサンプルの種類を記述する。ステップ1308にて、所定のChip Typeの行と所定の列が交差するセルに、図10に示したように小マトリックスを描画する。

図14は図13のステップ1308における小マトリックスの描画手順を示したフローチャートである。小マトリックスでは比較対象となる項目名を表示するため、最初にパラメータ以外の解析対象をDNAチップデータベース300の情報から調べる。そのために、ステップ1400にて、処理方法の種類がサンプルの種類よりも多いか否かを判定する。サンプルに対する処理方法の種類がサンプルの種類よりも多い場合は、同一のサンプルにおける処理方法の違いを比較していると考えられる。逆に処理方法の種類がサンプルの種類よりも少ない場合は同一処理におけるサンプルの種類の違いを比較している判定する。

サンプルに対する処理方法の種類がサンプルの種類よりも多い場合は、ステップ1401に進み、Channel 1における処理方法の種類の数と同一数の“列”を設定する。ステップ1402にて、Channel 2における処理方法の種類の数と同一数の“行”を設定する。処理方法の種類がサンプルの種類よりも多くない場合は、ステップ1403に進み、Channel 1におけるサンプルの個数又は種類の数と同一数の“列”を設定する。ステップ1404にて、Channel 2におけるサンプルの種類の数と同一数の“行”を設定する。

ステップ1405にて、設定された“行”と“列”に項目名を表示するための行と列を一つずつ追加して、（行＋1）×（列＋1）のマトリックスを描画する。ステップ1406にて、Channel１を底辺とし、Channel 2を縦軸として、各々のチャンネルにおける処理方法の組み合わせ及びサンプルの種類の組み合わせをそれぞれ記述する。ステップ1407にて、マトリックスにおいて、ハイブリダイゼーションの組み合わせに該当する交点に対してチップデータを示す画像の描画を実行する。

処理方法の比較実験における試料抽出方法及び色素交換法の例を説明するための説明図である。 試料の種類の比較実験における試料抽出方法及び反復実験の例を説明するための説明図である。 本発明による遺伝子発現データ管理表示方法を実行するための装置のシステム構成図である。 実験情報のデータ構造の例を示す図である。 発現値情報のデータ構造の例を示す図である。 プローブ情報のデータ構造の例を示す図である。 実験情報を入力するための画面構成を示す図である。 図1のハイブリダイゼーション実験を小マトリックスに表示した例を示す図である。 図2のハイブリダイゼーション実験を小マトリックスに表示した例を示す図である。 本発明による遺伝子発現データ管理表示方法によって表示したデータ管理表示の構成を示す図である。 本発明による遺伝子発現データ管理表示方法によるデータ管理表示の機能を示す図である。 本発明による遺伝子発現データ管理表示方法の処理の概略を示す流れ図である。 本発明による遺伝子発現データ管理表示方法によりマトリックスを描画するための処理を示す流れ図である。 本発明による遺伝子発現データ管理表示方法により小マトリックスを描画するための処理を示す流れ図である。

符号の説明

300…DNAチップデータベース、301…表示装置、302…キーボード装置、303…マウス、304…中央処理装置、305…プログラムメモリ、306…入力プログラム、307…描画プログラム、400…Hybridization ID、401…繰り返し実験単位、402…Chip Type、403…パラメータ、404…Channel 1の処理方法、405…Channel 2の処理方法、406…Channel 1のサンプルの情報、407…Channel 2のサンプルの情報、1000…縦軸（Chip Type）、1001…横軸（実験条件）、1002…小マトリックス、1003…発現データ、1004…Channel 1に対するサンプルの処理方法（サンプルの種類）、1005…Channel 2に対するサンプルの処理方法（サンプルの種類）

Claims (9)

1. DNAチップ及びそれに搭載されたプローブに関する情報、及び、DNAチップにより得られた遺伝子発現値情報を格納するためのDNAチップデータベースと、該DNAチップデータベースに格納された情報の管理を行うためのデータ管理表示画面を表示するための表示装置と、上記DNAチップデータベースに格納された情報を上記データ管理表示画面から選択操作するための入力装置と、該入力装置を介してユーザより入力されたハイブリダイゼーション実験に関する実験情報を上記DNAチップデータベースに格納するための入力プログラムと、上記DNAチップデータベースに格納された情報を取り出してマトリックスを生成しそれを上記表示装置に表示するための描画プログラムと、上記入力プログラム及び上記描画プログラムを実行する中央処理装置と、を有する遺伝子発現データ解析システムを用いて、上記DNAチップ情報、上記遺伝子発現値情報、及び、上記実験情報を含む遺伝子発現データを管理し、表示する遺伝子発現データ管理表示方法において、
   上記中央処理装置によって、上記入力プログラムを実行し、上記入力装置を介してユーザによって入力されたハイブリダイゼーション実験に関する実験情報を上記DNAチップデータベースに格納するステップと、
   上記中央処理装置によって、上記描画プログラムを実行し、上記DNAチップデータベースから必要なデータを取り出し、該データに基いてマトリックスを描画する描画ステップと、
   を有し、
   上記描画ステップは、
   上記DNAチップデータベースから上記DNAチップ及びそれに搭載されたプローブに関する情報を読み出し、該DNAチップの種類の数と同一数の行を設定する行設定ステップと、
   上記DNAチップデータベースから上記ハイブリダイゼーション実験に関する実験情報を読み出し、上記ハイブリダイゼーション実験の解析対象を判定し、該判定した解析対象に基づいてDNAチップの種類と対照となる項目を設定する項目設定ステップと、
   上記項目設定ステップにて設定された項目の数と同一数の列を設定する列設定ステップと、
   上記行設定ステップにて設定された行数に１加算した数の行と上記列設定ステップにて設定された列数に１加算した数の列からなるマトリックスを生成するマトリックス生成ステップと、
   上記マトリックスの第１列の各セルに上記DNAチップの種類を挿入する第１列挿入ステップと、
   上記マトリックスの第１行の各セルに上記項目を挿入する第１行挿入ステップと、
   上記マトリックスの行と列が交差するセルの各々に、該セルが属する行のDNAチップの種類と該セルが属する列の項目の組み合わせによる実験データを挿入するセル挿入ステップと、
   上記DNAチップの種類、上記項目及び上記実験データが挿入されたセルからなるマトリックスを描画するマトリックス描画ステップと、
   を含み、
   上記項目設定ステップは、解析対象がサンプルに対するパラメータの変化による影響を調べるものか、サンプルに対する処理方法による影響を調べるものか、又は、サンプルの種類による影響を調べるものか、を判定する解析対象判定ステップと、
   解析対象がパラメータの変化による影響を調べることにある場合には、パラメータのとる値を項目として選定し、解析対象がサンプルに対する処理方法による影響を調べることにある場合には、サンプルに対する処理方法の種類の組み合わせを項目として選定し、解析対象がサンプルの種類による影響を調べることにある場合には、サンプルの種類の組み合わせを項目として選定する項目選定ステップと、
   を含み、
   上記解析対象判定ステップは、上記ハイブリダイゼーションに関する実験情報の中にパラメータに関する情報が含まれていない場合には、サンプルに対する処理方法の種類の数とサンプルの種類の数を比較し、サンプルに対する処理方法の種類の数がサンプルの種類の数より多い場合には解析対象がサンプルに対する処理方法による影響を調べることにあると判定し、サンプルに対する処理方法の種類の数がサンプルの種類の数より多くない場合には解析対象がサンプルの種類による影響を調べることにあると判定することを特徴とする遺伝子発現データ管理表示方法。
2. 請求項１記載の遺伝子発現データ管理表示方法において、
   上記セル挿入ステップは、上記セルの各々に、該セルが属する行のDNAチップの種類と該セルが属する列の項目の組み合わせによる実験データをマトリックス表示した画像を挿入することを特徴とする遺伝子発現データ管理表示方法。
3. 請求項１記載の遺伝子発現データ管理表示方法において、
   上記解析対象判定ステップは、上記ハイブリダイゼーションに関する実験情報の中にパラメータに関する情報が含まれている場合には、解析対象がパラメータの変化による影響を調べることにあると判定することを特徴とする遺伝子発現データ管理表示方法。
4. 請求項１記載の遺伝子発現データ管理表示方法において、
   上記描画ステップは、
   上記入力装置を介して表示切り替えの命令が入力されたとき、上記マトリックス描画ステップにて描画したマトリックスを表示したマトリックス表示画面から上記DNAチップの種類、上記項目及び上記実験データが挿入された表を表示したリスト表示画面に切り替える切替ステップと、を有することを特徴とする遺伝子発現データ管理表示方法。
5. 請求項１記載の遺伝子発現データ管理表示方法において、
   上記入力装置を介して、上記マトリックス描画ステップにて描画された上記マトリックスのセルのうち所定のセルを選択する命令が入力されたとき、上記中央処理装置によって、該セルが属する行のDNAチップの種類と該セルが属する列の項目の組み合わせによる実験データに含まれる遺伝子発現データの散布図を描画することを特徴とする遺伝子発現データ管理表示方法。
6. 全てのサンプルから２個の試料を抽出し、該抽出した全ての試料を、サンプルの個体又はサンプルに施された処理方法を識別するために互いに異なる２つの蛍光色素によって標識し、一方の蛍光色素によって標識された試料をチャンネル１とし、他方の蛍光色素によって標識された試料をチャンネル２とするとき、
   DNAチップ及びそれに搭載されたプローブに関する情報、及び、DNAチップにより得られた遺伝子発現値情報を格納するためのDNAチップデータベースと、該DNAチップデータベースに格納された情報の管理を行うためのデータ管理表示画面を表示するための表示装置と、上記DNAチップデータベースに格納された情報を上記データ管理表示画面から選択操作するための入力装置と、該入力装置を介してユーザより入力されたハイブリダイゼーション実験に関する実験情報を上記DNAチップデータベースに格納するための入力プログラムと、上記DNAチップデータベースに格納された情報を取り出してマトリックスを生成しそれを上記表示装置に表示するための描画プログラムと、上記入力プログラム及び上記描画プログラムを実行する中央処理装置と、を有する遺伝子発現データ解析システムを用いて、上記DNAチップ情報、上記遺伝子発現値情報、及び、上記実験情報を含む遺伝子発現データを管理し、表示する遺伝子発現データ管理表示方法において、
   上記中央処理装置によって、サンプルに対する処理方法の種類の数とサンプルの種類の数を比較し、サンプルに対する処理方法の種類の数がサンプルの種類の数より多い場合には解析対象がサンプルに対する処理方法による影響を調べることにあると判定し、サンプルに対する処理方法の種類の数がサンプルの種類の数より多くない場合には解析対象がサンプルの種類による影響を調べることにあると判定する解析対象判定ステップと、
   上記中央処理装置によって、上記解析対象判定ステップにて解析対象がサンプルに対する処理方法による影響を調べることにあると判定した場合に、チャンネル１の処理方法の種類と同一数の列を設定し、チャンネル２の処理方法の種類と同一数の行を設定する第１の列及び行設定ステップと、
   上記中央処理装置によって、上記第１の列及び行設定ステップにて設定された行数に１加算した数の行と上記第１の列の列及び行設定ステップにて設定された列数に１加算した数の列からなるマトリックスを生成するマトリックス生成ステップと、
   上記中央処理装置によって、上記マトリックスの第１列の各セルにチャンネル２の処理方法の種類を挿入する第１列挿入ステップと、
   上記中央処理装置によって、上記マトリックスの第１行の各セルにチャンネル１の処理方法の種類を挿入する第１行挿入ステップと、
   上記中央処理装置によって、上記マトリックスの行と列が交差するセルの各々に、該セルが属する行の処理方法の種類と該セルが属する列の処理方法の種類の組み合わせによる実験データを挿入するセル挿入ステップと、
   上記中央処理装置によって、上記DNAチップの種類、上記処理方法の種類及び上記実験データが挿入されたマトリックスを描画するマトリックス描画ステップと、
   を含む遺伝子発現データ管理表示方法。
7. 請求項６記載の遺伝子発現データ管理表示方法において、
   上記解析対象判定ステップにて解析対象がサンプルの種類による影響を調べることにあると判定した場合に、チャンネル１のサンプルの種類の数と同一数の列を設定し、チャンネル２のサンプルの種類の数と同一数の行を設定する第２の列及び行設定ステップと、
   上記第２の列及び行設定ステップにて設定された行数に１加算した数の行と上記第２の列及び行設定ステップにて設定された列数に１加算した数の列からなるマトリックスを生成するマトリックス生成ステップと、
   上記マトリックスの第１列の各セルにチャンネル２のサンプルの種類を挿入する第１列挿入ステップと、
   上記マトリックスの第１行の各セルにチャンネル１のサンプルの種類を挿入する第１行挿入ステップと、
   上記マトリックスの行と列が交差するセルの各々に、該セルが属する行のサンプルの種類と該セルが属する列のサンプルの種類の組み合わせによる実験データを挿入するセル挿入ステップと、
   上記DNAチップの種類、上記サンプルの種類及び上記実験データが挿入されたマトリックスを描画するマトリックス描画ステップと、
   を含む遺伝子発現データ管理表示方法。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の遺伝子発現データ管理表示方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
9. 請求項８記載のプログラムをコンピュータに実行させるための該プログラムを格納したコンピュータによって読み取り可能な媒体。

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