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Comprehensive analysis of network systems learned from cells that sense environmental differences

Research Project

Project/Area Number 19K20382
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 61060:Kansei informatics-related
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

Fujii Masashi  広島大学, 統合生命科学研究科(理), 助教 (30725750)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords生命システムの情報伝達 / シミュレーション / ネットワーク / 進化 / 自発的秩序形成 / 声明システムの情報伝達
Outline of Research at the Start

刺激の伝達経路は刺激と最終的な応答の間で1対1に繋がっているのではなく、複雑に絡み合ったネットワークを形成している。また細胞内での反応は、体積の小ささ故のゆらぎが生じる。このようなネットワークの重複やゆらぎは、分子応答の時間パターンによる情報のコードを困難にさせると考えられる。本研究では、細胞が判別できる刺激の数と生化学反応ネットワークの関係性を考察し、環境の違いを感知する細胞応答ネットワークのメカニズムについて、様々なネットワークの比較解析及び進化的アプローチによって網羅的に解析する。

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we aimed to elucidate the information transfer characteristics of various biochemical reaction networks and to elucidate the mechanism of stimulus information discrimination by combining networks, based on numerical simulations and informatics analysis. We first investigated the information transfer characteristics of simple networks, and then focused on information transfer in systems with complex networks. Furthermore, we studied network reconstruction driven by spontaneous interactions among elements. Through these studies, we were able to follow the spontaneous formation process of information transfer and network structure in the biological systems.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題は、細胞内でおこる化学反応を「情報伝達」という切り口で研究を行なったものである。すなわち、細胞が自分の周りの環境をどのくらい認識できるのか、を明らかにするものである。細胞が外部環境を認識する能力を知ることで、現在の細胞の成り立ち・形・機能の意義や、これまでの変遷を辿ることができると考える。このような情報伝達を切り口に、「生物の機能と意義」に関する知見を積み重ねることで、より良い医療や情報通信技術を細胞から学ぶことができると考える。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (71 results)

All 2022 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (20 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 20 results,  Open Access: 19 results) Presentation (48 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Identification of aberrant transcription termination at specific gene loci with DNA hypomethylated transcription termination sites caused by DNA methyltransferase deficiency2022

    • Author(s)
      Masaki Shirai, Takuya Nara, Haruko Takahashi, Kazuya Takayama, Yuan Chen, Yudai Hirose, Masashi Fujii, Akinori Awazu, Nobuyoshi Shimoda, and Yutaka Kikuchi
    • Journal Title

      Genes & Genetic Systems

      Volume: 97 Issue: 3 Pages: 139-152

    • DOI

      10.1266/ggs.21-00092

    • ISSN
      1341-7568, 1880-5779
    • Year and Date
      2022-06-01
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    • Author(s)
      Komoto Tetsushi、Fujii Masashi、Awazu Akinori
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 19 Issue: 0 Pages: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0018

    • ISSN
      2189-4779
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    • Author(s)
      Kokaji T, Eto M, Hatano A, Yugi K, Morita K, Ohno S, Fujii M, Hironaka KI, Ito Y, Egami R, Uematsu S, Terakawa A, Pan Y, Maehara H, Li D, Bai Y, Tsuchiya T, Ozaki H, Inoue H, Kubota H, Suzuki Y, Hirayama A, Soga T, Kuroda S.
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 13719-13719

    • DOI

      10.1038/s41598-022-17964-9

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      Nakahata Shinjiro、Komoto Tetsushi、Fujii Masashi、Awazu Akinori
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 19 Issue: 0 Pages: n/a

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v19.0012

    • ISSN
      2189-4779
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      Masaki Shirai, Kazuya Takayama, Haruko Takahashi, Yudai Hirose, Masashi Fujii, Akinori Awazu, Nobuyoshi Shimoda, Yutaka Kikuchi
    • Journal Title

      Data in Brief

      Volume: 44 Pages: 108514-108514

    • DOI

      10.1016/j.dib.2022.108514

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    • Journal Title

      npj Systems Biology and Applications

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 6-6

    • DOI

      10.1038/s41540-022-00213-0

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      Nakanishi Taito、Fujii Masashi、Awazu Akinori
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      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 91 Issue: 2 Pages: 023801-023801

    • DOI

      10.7566/jpsj.91.023801

    • NAID

      210000159588

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      Volume: - Issue: 6 Pages: 1-17

    • DOI

      10.1111/gtc.12934

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      Egami Riku、Kokaji Toshiya、Hatano Atsushi、et al.
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 24 Issue: 3 Pages: 102217-102217

    • DOI

      10.1016/j.isci.2021.102217

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      L. A. Broadfield, J. A. G. Duarte, R. Schmieder, D. Broekaert, K. Veys, M. Planque, K. Vriens, Y. Karasawa, F. Napolitano, S. Fujita, M. Fujii, M. Eto, B. Holvoet, R. Vangoitsenhoven, J. Fernandez-Garcia, J. van Elsen, J. Dehairs, J. Zeng, J. Dooley, R. Alba Rubio, J. van Pelt et al.
    • Journal Title

      Cancer Research

      Volume: 81 Issue: 8 Pages: 1988-2001

    • DOI

      10.1158/0008-5472.can-20-1954

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      D. Aoki, A. Awazu, M. Fujii, J. Uewaki, M. Hashimoto, N. Tochio, T. Umehara, S. Tate
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      Journal of Molecular Biology

      Volume: 432 Issue: 16 Pages: 4637-4657

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2020.06.011

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      N. Matsuda, K. Hironaka, M. Fujii, T. Wada, K. Kunida, H. Inoue, M. Eto, D. Hoshino, Y. Furuichi, Y. Manabe, N. L. Fujii, H. Noji, H. Imamura, S. Kuroda
    • Journal Title

      Quantitative Biology

      Volume: 8 Issue: 3 Pages: 228-237

    • DOI

      10.1007/s40484-020-0211-8

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      Volume: 32 Issue: 9 Pages: 108051-108051

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      10.1016/j.isci.2020.101558

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      Volume: 89 Issue: 11 Pages: 114801-114801

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      Physical Review E

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      Fujii M, Murakami Y, Karasawa Y, Sumitomo Y, Fujita S, Koyama M, Uda S, Kubota H, Inoue H, Konishi K, Oba S, Ishii S, Kuroda S.
    • Journal Title

      NPJ Syst Biol Appl.

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 31-31

    • DOI

      10.1038/s41540-019-0108-1

    • NAID

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      Tottori Takehiro、Fujii Masashi、Kuroda Shinya
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      Biophysical Journal

      Volume: 印刷中 Issue: 9 Pages: 1748-1758

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2019.03.030

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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