細胞内代謝シミュレーションのための汎用システムの構築

• Project/Area Number: 10168224
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 冨田 勝 慶應義塾大学, 環境情報学部, 教授 (60227626)
• Project Period (FY): 1998 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 1998: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: 細胞代謝 / シミュレーション / 細胞モデル / 仮想細胞 / E-CELL / 赤血球

Research Abstract

ゲノム・プロテオーム解析によって得られた大量の遺伝子機能情報や代謝経路情報に基づき細胞の全体または一部の代謝活動をコンピュータ上で再構築するための汎用のシミュレーションソフトウエア「E-CELL」を開発している。
E-CELLはSubstance-Reactorモデルに基づいており、酵素反応や膜輸送などの化学反応をReaction Ruleとして個々に定義するとそれらを疑似並列に実行し全体の振る舞いをシミュレートする。ユーザは物質濃度の増減や特定の反応の速度などを観察することができるだけでなく、グラフィックインターフェースから介入して任意の物質濃度を人為的に増減させる事もできる。
昨年までに我々はE-CELLシステムを用いて127個の遺伝子からなる仮想の「自活細胞モデル」を完成させたが、現在これに細胞増殖に必要な遺伝子を加えることによって「自活増殖細胞モデル」の構築を目指している。また、転写制御やDNA複製などの代謝を拡張するためにDNAや転写翻訳機構のモデリングに改良を加えている。一方、これらの仮想細胞モデルとは別に、E-CELLを用いてヒト赤血球細胞のシミュレーションやバクテリアchemotaxisのシグナル伝達のシミュレーションの完成も目指しており、特に赤血球細胞ついては、代謝全体のモデルが完成し、現在デバッグや改良を行なっているところである。

Research Products

• [Publications] 冨田 勝: "E-CELL: Software environment for whole cell simulation" Bioinfomatics. Vol.15 No.1. 72-84 (1999)
• [Publications] "On negative selection against ATG triplets near codons in eucaryotic and procaryotic genomes" Journal of Molecular Evolution. Vol.48 No.2. 213-217 (1999)
• [Publications] "Comparative study of overlapping genes in the genomes of Mycoplasma genltalium and Mycoplasma pneumoniae" Nucleic Acids Research. Vol.27 No.8. (1999)
• [Publications] "Analysis of completed genomes suggests that many procaryoles do not rely on hairpins for transcription termination" Nucleic Acids Research. Vol.26 No.23. 5237-5535 (1998)
• [Publications] Tomita, M., Hashimoto, K., Takahashi, K., Shimizu, T., Matsuzaki, Y., Miyoshi, F., Saito, K., Tanida, S., Yugi, K., Venter, J.C., Hutchison, C: "E-CELL: Software environment for whole cell simulation" Bioinformatics. Volume 15, Number 1[Full Text (html)]. 72-84 (1999)
• [Publications] Fukuda, Y., Washio, T.and Tomita, M.: "Comparative study of overlapping genes in the genomes of Mycoplasma genitalium and Mycoplasma pneumoniae" Nucleic Acids Research. Volume 27, Number 8. (1999)
• [Publications] Saito, R.and Tomita, M.: "On negative selection against ATG triplets near start codons in eucaryotic and procaryotic genomes" Journal of Molecular Evolution. Volume 48, Number 2. 213-217 (1999)
• [Publications] Washio, T., Sasayama, J.and Tomita, M.: "Analysis of completed genomes suggests that many procaryotes do not rely on hairpins for transcription termination" Nucleic Acids Research. Volume 26, Number 23 [Full Text (html)]. 5237-5535 (1998)
• [Publications] Tom Shimizu, Kouichi Takahashi and Masaru Tomita: "CpG distribution patterns in methylated and nonmethylated species" Gene. Volume 205, Number 1-2. 103-107 (1997)
• [Publications] Yoshimi Toda and Masaru Tomita: "Inferring duplication history of junk DNA using subclassified Alu elements" Gene. Volume 205 Number 1-2. 173-176 (1997)
• [Publications] Masaru Tomita, Nobuyoshi Shimizu and Douglas L.Brutlag: "Introns and Reading Frames: Correlation Between Splicing Sites and Their Codon Positions" Molecular Biology and Evolution. Volume 13, Number 9. 1219-1223 (1996)
• [Publications] Osada, Y., Saito, R.and Tomita, M.: "Computer analysis of base pairing free-energy between Shine-Dalgarno sequence and 16SrRNA in various procaryotes" Bioinformatics. (accepted).
• [Publications] Tomita, M., Wada, M.and Kawashima, Y.: "ApA dinucleotide periodicity in procaryote, eucaryote and organelle genomes" Journal of Molecular Evolution. (accepted).
• [Publications] Saito, R.and Tomita, M.: "Computer analyses of archaebacterial genomes suggest that they employ both eucaryotic and eubacterial mechanisms in translation initiation" Gene.
• [Publications] Saito, R., Sasaki, H.and Tomita, M.: "On leaky scanning of AUG triplets in 5'UTR of vertebrate mRNAs"
• [Publications] Goto, M., Washio, T.and Tomita, M.: "On low frequency of CpG dinucleotides in bacterial genomes"
• [Publications] Okada, T., Tomita, M., Kawasaki, K., Minoshima, S. and Shimizu, N.: "The expression frequency of the human immunoglobulin lambda light chain genes and the roles of their recombination signal sequences"
• [Publications] Toda, Y., Saito, R.and Tomita, M.: "Comprehensive sequence analysis in 5'flunking region of primate Alu elements"