| Research Abstract |
本研究では,生体内の遺伝子制御ネットワークに対し,「制御論的アプローチによる理論解析」と,「理論の検証に適した実験系の構築」を有機的に連携させることで,複雑な動的挙動を体系的に解明することを目的としている.そのために,研究全体を大きく(1)理論解析,(2)計測・同定法の開発,(3)検証実験の3つに分け,手法の開発および実験系の構築を行ってきた.
(1)理論解析
遺伝子制御ネットワークの各反応過程におけるダイナミクスの不確かさを考慮したモデルを構築し,システムのロバスト性解析を行った.具体的には,(a)転写・翻訳過程における反応時間遅れを考え,基礎的な結果を得た後,(b)時間遅れを含む一般の動的不確かさへと一般化した.解析を通して,動的挙動を特徴付ける本質的なパラメタが明らかになり,ロバスト性に関する系統的な知見を理論解析的視点から得ることができた.また,これまでの決定論的モデルに基づくモデルを拡張した確率モデルを導出し,基礎的な解析結果を得た.
(2)計測・同定
生物実験の結果からパラメタを決定するための同定法の開発,および計測データを処理するために必要な画像処理プログラム等の開発を行った.具体的には,決定論的モデルに基づく同定法として,(1)パラメタフィッティング法,および(2)内在的ノイズを陽に考慮にした同定法の開発に向けた検討を行い,基礎的な結果を得た.
(3)検証実験:
共同研究により,理論検証用の実験系を構築した.予備実験として,IPTG誘導により発現するフィードバックの無い1遺伝子系を実際に構築した.この系の計測データに基づき,同定法の開発,および計測の自動化に必要なソフトウェアの開発を完了させた.また,生物システムに特有の内在的ノイズの影響が,ダイナミクスに本質的な影響を与える可能性があることを明らかにし,同定・解析法の開発にフィードバックした.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論解析については,予定を上回り,平成23年度中に遺伝子の発現ダイナミクスが一般的な動的不確かさを持つ場合における安定性解析まで行うことができた.また,実験により,確率ゆらぎの陽な定式化が本質を理解する上で重要であることが明らかになり,理論解析にきちんとフィードバックできた.計測ツールも予定通り必要な開発を終え,同定法も大枠の開発は完了した.実験は,1遺伝子系を実際に構築し,理論および同定法の開発にフィードバックすることができた.振動の計測に当たって,予定していた計測系では困難であるとわかったものの,解決に向けた予備実験も行われており,おおむね順調である.
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| Strategy for Future Research Activity |
実験による検討の結果,生物特有の内在的ノイズの影響がダイナミクスの本質に影響を及ぼす可能性が明らかになったため,今後,これまでの解析ツールの枠組みを拡張する形で,ノイズを陽に考慮した解析を行っていく予定である.理論解析については,既に,従来の枠組みを拡張するための基礎的な結果を得て,外部発表もしており,今後は,理論ツールを開発していく段階である.同定に関しても,大枠は完成しているため,今後は,実データ及び確率シミュレーションにより生成されたデータに対して,性能を評価し,改良点を探っていくことが必要である.生物実験に関しては,当初予定していた計測系では,計測用の蛍光タンパク質の分解率が小さすぎ,振動の計測に適さないことが明らかとなった.そのため,分解を促進するための配列を導入した系を構築し,この問題の解決に向けて予備実験を行うている.実験結果の考察を行い,今後の方針を定める予定である.
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