「公共データベースを使い倒した知のめぐりのよい生命科学研究」

1. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
公共データベースを使い倒した
知のめぐりのよい生命科学研究
坊農 秀雅
情報・システム研究機構
ライフサイエンス統合データベース
センター(DBCLS)
bono@dbcls.rois.ac.jp

2. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
公共データベースとは?
• 誰でも自由に使えるデータベース(DB)!
• 世界中の研究者が協力して維持!
• 日本では「統合データベースプロジェクト」!
– NBDC DBCLS DDBJ を中心に多くの大学
や研究機関が協力!
–安心してすぐに利用できるデータを提供!
–公共DBとして外に出す際にデータを綺麗に
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3. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
• 2014年度から!
• 柏の葉キャンパス駅前のビル!
• 遺伝研DDBJ/CIBの隣のビル!
• 「統合」なのに分割移転w!
• 予算的、制度的な都合!
• 地理的に と統合
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DBCLS移転しました

4. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
本日のトピック: 統合DBの
1. 現状
2. 活用法
3. 活用事例
1. 現状
2. 活用法
3. 活用事例

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3つの「センター」
• DDBJ: DNAデータアーカイブ!
• DBCLS: データベース統合基盤技術開発!
• NBDC: 戦略立案、funding
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http://dbcls.rois.ac.jp/about

6. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
NBDC
• Since 2011 (4年目)!
• http://biosciencedbc.jp/
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7. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
integbio.jp
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8. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
DBを探す(カタログ)
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http://integbio.jp/dbcatalog/

9. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
データを探す(横断検索)
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http://biosciencedbc.jp/dbsearch/

10. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
データを使う(アーカイブ)
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http://dbarchive.biosciencedbc.jp/

11. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
本日のトピック: 統合DBの
1. 現状
2. 活用法
3. 活用事例

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2. 統合DBの活用法
• 使い方動画!
–統合TV!
• 文献!
–新着論文レビュー・
領域融合レビュー!
–PubMed+PMC!
• Allie/colil/inMexes!
–OMIM+gene!
• gendoo!
• DNA配列!
–GGRNA/GGGenome!
–DBCLS SRA!
• 遺伝子発現!
–発現目次!
–RefEx!
• RDF!
–togogenome!
–togotable
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13. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
togotv(統合TV)
• 動画によるDBやツールのチュートリアル!
–各DBやツール名で検索!
• 統合データベース講演会AJACSの動画も!
• YouTubeにも!
!
!
• 約770の動画
(アップデート込)
13クリエイティブ・コモンズ 表示 2.1 日本
http://youtube.com/togotv
http://togotv.dbcls.jp/

14. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN14
14
NGS

15. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN15

16. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN16
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17. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN17

18. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
流行りのクラウド化！
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19. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN19
クラウド化とはいうものの…
謹告
• 統合TV作り手を募集しています!
–生命科学のDBやウェブツールに興味のある方!
–Camtasia studioというソフトウェアで作成!
–作成プロトコール: 「統合TVの作り方」!
–http://togotv.dbcls.jp/20120220.html
–http://togotv.dbcls.jp/20120221.html
–国立遺伝学研究所(三島市)まで来れる方(応相談)

20. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN20
大人気のサービス

21. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
新着論文レビュー
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クリエイティブ・コモンズ 表示 2.1 日本
http://first.lifesciencedb.jp/

22. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN22
http://leading.lifesciencedb.jp/

23. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
Pubmed & PMC
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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gquery/?term=ALL%5Bfilter%5D

24. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
Allie
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http://allie.dbcls.jp/

25. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN25
http://colil.dbcls.jp/

26. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
inMeXes
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http://docman.dbcls.jp/im/

27. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
gendoo
遺伝子、疾患について、関連する疾患、薬剤、臓器、生
命現象などの特徴をキーワードでリスト表示するツール
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http://gendoo.dbcls.jp/
Nakazato T et al. Nucl.Acids Res. (2009) 37, W166-W169

28. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN28

29. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
塩基配列データベース
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INSDC!
DDBJ/(EMBL)/GenBank
NCBI!
RefSeq
TraceArchive
Sequence
Read
Archive
(SRA)
nr/nt Title:Nucleotide collection (nt)
Description:The nucleotide collection consists of
GenBank+EMBL+DDBJ+PDB+RefSeq sequences,
but excludes EST, STS, GSS, WGS, TSA, patent
sequences as well as phase 0, 1, and 2 HTGS
sequences. The database is partially non-redundant.
http://www.insdc.org/Annotated sequences
Capillary reads
Next generation reads

30. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
RefSeq
• Reference Sequenceの略!
• NCBIが提供する配列解析に使うための文字通
り "reference"(リファレンス)となるべき配列
データベースのこと!
• その配列の多くは核酸配列データベースの
DDBJやEMBL、GenBank由来であり、それら
の中からもっとも代表としてふさわしい(参照
の基準となる)ものが、目で見て選ばれている
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31. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
GGRNA
あらゆるキーワードや
塩基配列・アミノ酸配列
から遺伝子(RefSeqの
mRNA+ncRNA)を
Google のように検索で
きるウェブサーバ
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http://ggrna.dbcls.jp/
Naito Y and Bono H Nucl.Acids Res. (2012), 40, W592-W596

32. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN32
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GooGle ライクな Genome 検索エンジン
http://GGGenome.dbcls.jp/
Genomeも検索できたらええなあ… やりましょう!!

33. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
プローブも検索できたらええなあ… やりましょう!!
Probe Search http://probe.dbcls.jp/
GGRNA
GGGenomeへ

34. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
SRA(Sequence Read Archive)
• NGSのデータベース(除くヒト個人のデータ)!
• NCBI/EBI/DDBJによって維持管理!
–DDBJではDRAとも呼称
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NBDCヒトデータベース
http://humandbs.biosciencedbc.jp/
Image generated by
http://sra.dbcls.jp/

35. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN35
http://sra.dbcls.jp/

36. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN36
http://sra.dbcls.jp/

37. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN37
http://sra.dbcls.jp/

38. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN38
http://sra.dbcls.jp/

39. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN39

40. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
遺伝子発現データベース
• GEO(NCBI)とArrayExpress(EBI)!
–http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/
–http://www.ebi.ac.uk/arrayexpress/
• かつてはCIBEX(DDBJ)も!
• RNAseqデータはこちらにも登録がある!
–Transcriptome analysisとも!
• 必要なデータを見つけづらい
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41. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
遺伝子発現目次
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http://lifesciencedb.jp/geo/

42. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN42
http://RefEx.dbcls.jp

43. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN43

44. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN44

45. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
RDFによるDB統合
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ゲノムの配列情報と多種多様なアノテーションデータを個別のオン
トロジー、データ変換プログラムを開発し RDF 形式にして統合
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Slide from トーゴーの日シンポジウム2013
「データベース統合の実現に向けて2」
by 岡本忍 (DBCLS)
NCBI: BioProject/RefSeq
-- 既存のリファレンス配列
DDBJ: Annotation
pipeline/GTPS -- 新規ゲノ
ム配列
ゲノム配列
UniProt: Protein
functions and links
Formats: GFF3, GTF,
GVF, DAS, BED ...
Tools: Cufflinks, BLAST,
InterProt ...
アノテーション
NCBO: BioPortal, OBO
(GO, SO ...)
DBCLS: MEO, GMO,
MCCV ...
オントロジー
INSDC, NCBI: SRA, GEO
DBCLS: RefEx, Kusarinoko
GOLD, GSC: 環境メタデータ
Bulk data: 文献, 画像 ...
実験・メタデータ

46. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
Togogenome
• 生物種とゲノムに関連する多種多様な情報をセマ
ンティック・ウェブ技術により集約し、ゲノム情
報の統合的で新しい検索を実現したシステム
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http://togogenome.org/

47. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
TogoTable
• EXCELなどの表形式データに記載されているバイオ
データベースのID番号やアクセッション番号からア
ノテーション情報をネットワーク経由で取得し、元
の表形式データに追加するウェブアプリケーション
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http://togotable.dbcls.jp/

48. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
祝! PDB record数10万越え
• TogoTableによるDB紐付け→Togogenomeによ
るNGS readの可視化!?!
!
• 参考!
–塩基配列 171M records, 202G bases (DDBJ Rel.96)!
• http://www.ddbj.nig.ac.jp/breakdown_stats/dbgrowth-e.html
–遺伝子発現 50k experiments, 1.4M samples
(Arrayexpress latest) http://www.ebi.ac.uk/arrayexpress/
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49. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
本日のトピック: 統合DBの
1. 現状
2. 活用法
3. 活用事例

50. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
3. 統合DBの活用事例
A. ヒト疾患モデル化研究: パーキンソン
病様のカイコ!
B. ブタ成熟脂肪細胞の脱分化機構の網
羅的解析
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51. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
パーキンソン病
• Parkinson’s disease(PD)!
• 神経変性疾患!
• 症状の進行に伴って血液中の尿酸量が減少!
–その理由はこれまで不明!
• PDモデル生物種：尿酸代謝系に異常を持つ
変異体は未発見!
–PDの症状に似た特徴があり、なおかつ尿酸代謝
系に異常を持つカイコ変異体系統(op)
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doi:10.1371/journal.pone.0069130.g001

52. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
非モデル生物には!
遺伝子機能アノテーションがない
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Data source: ftp://ftp.ensembl.org/
pub/release-68/fasta/
「localBLASTで遺伝子対応表作成」http://bonohu.jp/blog/2013/07/25/
TBLASTX
11,285 IDs in B.mori !
(5,854 H.sapiens transcript IDs)
B.mori H.sapiens E-value Description
Ka00003 ENST00000373371 5e-16 solute carrier family 2
Ka00005 ENST00000394878 2e-21 ribosomal protein,
large P0Ka00006 ENST00000277541 2e-12 notch 1
…… …… ……
Conversion table
ないものは作ればいい → Kaiko functional annotation pipeline
Kaiko array
B.mori WT op50 Sequence
Ka00003 0.1 0.5 CAAATAA.
Ka00005 0.2 -1.2 TAGCGA.
Ka00006 0.3 1.0 GGCTTC.
…… …… ……
H.sapiens Sequence GOID
ENST00000373371 ATTGGCTGC..
ENST00000394878 ATGCCCAGG..
ENST00000277541 GCGCGTGT...
…… …… ……

53. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
ヒトのIDに変換すると…
• ヒトで使われているツールが利用可能!
–市販のパスウェイ解析ソフト KeyMolnet®を利用!
• KeyMolnet®はUniProtIDを入力として受け付けるの
で、対応するそのIDをBiomartで付与!
–参考:「BioMartを使ってさまざまなIDの変換対応表を作成す
る」 http://togotv.dbcls.jp/20110927.html
53
B.mori Ensembl UniProt UniProt ID
Ka00003 ENST000003733 Q9NY64 GTR8_HUMAN
Ka00005 ENST000003948
Ka00006 ENST000002775 P46531 NOTC1_HUMAN
…… …… …… ……

54. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
研究者によるmanual curation!
を経て…
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Induced expression
Activation or direct binding
doi:10.1371/journal.pone.0069130.g002

55. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
qPCR in wild-type & op mutant
• 脂肪体(左)と精巣(右)
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RelativeQuantification(RQ)
RelativeQuantification(RQ)
Tabunoki H, Ono H, Ode H, Ishikawa K, Kawana N, Banno Y,
Shimada T, Nakamura Y, Yamamoto K, Satoh J, Bono H.
PLOS ONE 8(7): e69130. (2013)!
http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0069130
doi:10.1371/journal.pone.0069130.g002

56. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
3. 統合DBの活用事例
A. ヒト疾患モデル化研究: パーキンソン
病様のカイコ!
B. ブタ成熟脂肪細胞の脱分化機構の網
羅的解析
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57. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
ブタ成熟脂肪細胞の脱分化機構の
網羅的解析
• 日大生物資源科学部 加野浩一郎教授との共同研究!
• 脱分化脂肪細胞(dedifferentiated fat cells: DFAT) vs
成熟脂肪細胞(mature adipocytes: MAs)
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http://www.med.nihon-u.ac.jp/department/saisei/dfat.html より

58. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
DFAT cells vs MAs
Ono H, Oki Y, Bono H, Kano K. Biochem Biophys Res Commun. (2011) 407, 562-7.
doi: 10.1016/j.bbrc.2011.03.063.
58

59. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
ブタをヒトに対応づける
59
Affy Porcine Affy HG
U133-PLUS-2
Ensembl
Transcript
Description
Ssc.26492.1.A1_at 1553137_s_at ENST00000305883 Kruppel-like factor 11 [Source:HGNC Symbol;Acc:11811]
Ssc.27622.1.S1_at 1553137_s_at ENST00000305883 Kruppel-like factor 11 [Source:HGNC Symbol;Acc:11811]
Ssc.9136.1.S1_at 1554283_at ENST00000515616 CCR4 carbon catabolite repression 4-like (S. cerevisiae)
[Source:HGNC Symbol;Acc:14254]
Ssc.17478.1.A1_at 1558101_at ENST00000403491 nuclear factor I/A [Source:HGNC Symbol;Acc:7784]
Ssc.22678.1.S1_at 1558101_at ENST00000403491 nuclear factor I/A [Source:HGNC Symbol;Acc:7784]
Ssc.23810.3.A1_at 1558101_at ENST00000403491 nuclear factor I/A [Source:HGNC Symbol;Acc:7784]
Ssc.9986.1.A1_at 1558101_at ENST00000403491 nuclear factor I/A [Source:HGNC Symbol;Acc:7784]
Ssc.17286.1.A1_at 201236_s_at ENST00000290551 BTG family, member 2 [Source:HGNC Symbol;Acc:1131]
Ssc.9707.1.A1_at 201236_s_at ENST00000290551 BTG family, member 2 [Source:HGNC Symbol;Acc:1131]
Ssc.22550.1.A1_at 201465_s_at ENST00000371222 jun proto-oncogene [Source:HGNC Symbol;Acc:6204]
Ssc.9075.1.A1_at 201465_s_at ENST00000371222 jun proto-oncogene [Source:HGNC Symbol;Acc:6204]
Ssc.3411.1.A1_at 201531_at ENST00000248673 zinc finger protein 36, C3H type, homolog (mouse)
[Source:HGNC Symbol;Acc:12862]
Ssc.16460.1.S1_at 201693_s_at ENST00000239938 early growth response 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:3238]
Ssc.19629.1.A1_at 201693_s_at ENST00000239938 early growth response 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:3238]
Ssc.19629.2.S1_s_at 201693_s_at ENST00000239938 early growth response 1 [Source:HGNC Symbol;Acc:3238]
.... .... .... ....
ブタのマイクロアレイデータをヒトに外挿!
ヒトのマイクロアレイ解析ツールが利用可能に!!

60. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
対応付けの詳細
• BLASTを自分でやる方法!
• biomartを使う方法!
–「BioMartを使って二つの生物種の対応するデー
タを取得する」 http://togotv.dbcls.jp/20120628.html !
–「BioMartを使ってさまざまなIDの変換対応表を
作成する」 http://togotv.dbcls.jp/20110927.html
60

61. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
During MA dedifferentiation
• 308 down-regulated genes!
• 368 up-regulated genes
61
Data analyzed with Ingenuity Pathways Analysis(IPA)

62. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN62

63. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
詳細な手順は統合TVに
• 「DAVIDを使ってマイクロアレイデータを解
析する」 http://togotv.dbcls.jp/20120927.html!
• 「DAVIDの使い方 実践編」
http://togotv.dbcls.jp/20130528.html
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Affymetrix webinarにも…
http://bit.ly/bonoaffywebinar

64. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
同じプラットフォームなら
別グループのデータも比較可能
• NCBI GEOの同じプラット
フォームで検索!
–GSE15472 “Induced
Pluripotent Stem Cells from
the Pig Somatic Cells”!
• 自分のデータと混ぜて正規
化＋クラスタリング
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• 統合TVの「発現制御解析」!
• http://togotv.dbcls.jp/ja/contents/category/expression

65. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN
結論: それ、統合TVでできるよ
• Local BLASTの使い方!
–Windows http://togotv.dbcls.jp/20110119.html !
• 導入・準備編 !
• 検索実行・オプション編!
–MacOSX http://togotv.dbcls.jp/20110420.html !
• 導入・準備編!
• 検索実行・オプション編!
–AJACS名古屋 http://motdb.dbcls.jp/?AJACS32%2Fbono
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66. © 2014 DBCLS Licensed under CC BY 2.1JAPAN66
募集
謹告
• 統合TV作り手!
–三島エリアで一緒にコンテンツ作成してくれる人!
•インターン
‒公共DBを使い倒した大規模データ解析を一緒に
‒単なるデータ解析でなく、統合TVの新しいコンテ
ンツとなるような解析事例を「共同研究」で
‒大学院生や若手のポスドクを想定
‒「解析請負」ではなく、「解析技術教育請負」
‒2014年夏にDBCLSのスペースが出来てから…