2015 Fiscal Year Annual Research Report
少数分子反応ネットワーク理論の構築－少数性と階層性の観点からのモデリング－
| Project Area | Spying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes- |
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| Project/Area Number |
23115007
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
冨樫 祐一 広島大学, 理学研究科, 特任准教授 (50456919)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小松崎 民樹 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30270549)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 生物物理学 / 情報幾何学 / 生体高分子 / 反応拡散系 / 複雑ネットワーク / 細胞個性 / １分子時系列解析 / 数理モデル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
反応ネットワークにおける少数分子の影響に関して、数理的側面からの考察を進めた。ある条件を満たす触媒反応ネットワーク一般に対して、各成分の濃度の平均・分散といった量を求める解析的枠組みを開発した。少数個の分子間での力学的な協調動作機構について、主として粗視化モデルを用いて検討を進めた。情報伝達の順序性の観点から、環状・らせん状の繰り返し構造を持つタンパクでの解析を行ったほか、情報伝達が可能な人工構造モデルを進化的最適化により構成することにより、その一般的設計原理を考察した。また、多種の構造を半自動的に評価する簡便な手法を考案した。加えて、粒子の拡散時系列を解析する手法の実データへの応用を進めた。A02-2前島班と共同で、細胞核内でのヌクレオソームの拡散時系列から局所的なクロマチン構造情報（フラクタル次元）を推定する手法を開発し、実計測データを用いて評価した。
少数性生物学に関する計測はS/N比が悪く、データの解釈に解析上のアーティファクトが現れる危険性がある。以前の研究で、従来の閾値解析法で示された分子個性はアーティファクトの可能性が高いことを示した。一方で、変化点解析法ではこの問題を回避できるが、一般に背後の確率過程（尤度関数）を事前に定める必要があり、汎用性が低い問題があった。そこで、尤度関数を前提としない変化点解析法を開発し、A01-1野地班と共同でマイクロ秒時間分解能でのF1-ATPase１分子の回転時系列に適用した。これにより、従来の手法では検出不可能であった、結合ATPの加水分解反応に伴って起こる僅か（約20°）の回転角度変化を検出し、それが反応順序の維持に果たす役割を明らかにした。細胞状態の同定、個性検出に関しては、植物細胞の微小管配向を誤差評価を伴って推定する手法を構築した。また、A01-1野地班（藤田克昌氏）と共同で、１細胞ラマンスペクトルに基づき細胞状態を定量化する解析手法を開発した。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] 少数分子反応ネットワーク理論の構築 (7)2015
Author(s)
冨樫 祐一, 小松崎 民樹, 李 振風, 寺本 央, 新海 創也, Holger Flechsig, James Nick Taylor, 中川 正基
Organizer
新学術領域「少数性生物学」第9回領域会議
Place of Presentation
万国津梁館（沖縄県名護市）
Year and Date
2015-06-06
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