2000 Fiscal Year Annual Research Report

遺伝子・タンパク質系ダイナミクスの非線形システム的理解

Research Project

Project/Area Number	12208004
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (C)
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	市瀬夏洋東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (70302750)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	陳洛南大阪産業大学, 工学部, 助教授 (20298813) 合原一幸東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (40167218) 伊庭斉志東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (40302773)
Keywords	遺伝子ネットワーク / 非線形力学系 / ネットワーク再構成 / 分岐理論 / 遺伝的アルゴリズム / 数理モデリング
Research Abstract	複合時間スケールを考慮した最も基本的な力学的モデルを構成し、スイッチング現象を含む周期的なダイナミクスのメカニズムを検討した。負の非線形フィードバック転写制御が生体システムの周期的なリズムに寄与、あるいはそれによって発生することを示し、異なる時間スケールを有するダイナミクスの共存がスイッチング現象を引き起こすことを理論的に明らかにした。さらに、差分微分系の解析手法を提案するとともにいくつかの分岐構造を明らかにした。また、遺伝子ネットワークを区分線形微分方程式を用いて記述することにより、解の軌道設定問題を線形区間の安定不動点の設定問題によって表し、モデルパラメータを最適化法によって導出することにより、任意の遺伝子発現パターンを生成するネットワークの設計が可能であることを示した。本手法により、周期的遺伝子発現、周期的発現パターンの同一システム内での共存、および外部誘導因子による発現パターンの制御等を実現するシステムを構築することができた。さらに、遺伝子ネットワークを抽象的な微分方程式系でモデル化し、そのモデル自身を遺伝的探索手法を用いて遺伝子発現量の時系列データから推定することを試みた。具体的には、遺伝的プログラミングと最小二乗法とを統合した手法により、与えられた時系列に極めて近い振舞いを示す連立微分方程式系を得ることに成功した。さらに、効率的な学習を行うため可変長染色体やパラメタ最適化、規模淘汰圧などの手法も導入することにより、十数程度のノードからなるネットワークの構造とパラメータの推定に成功している。以上の方法を実際の遺伝子の発現データに適応することで、従来の研究と比較して高いスケーラビリティを実現し、さらにいくつかの遺伝子間の関係を推定することができた。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] 市瀬夏洋,合原一幸: "遺伝子ネットワークのダイナミクスについて"電子情報通信学会技術報告. NLP2000-91. 91-98 (2000)
[Publications] Shin Ando and Hitoshi Iba: "The Matrix Modeling of Gene Regulatory Networks-Reverse Engineering by Genetic Algorithms-"Proceedings of Atlantic Symposium on Computational Biology, and Genome Information Systems & Technology. (2000)
[Publications] Shin Ando and Hitoshi Iba: "Quantitative Modeling of Gene Regulatory Network-Identifying the Network by Means of Genetic Algorithms-"The Eleventh Workshop on Genome Informatics. 278-280 (2000)
[Publications] Erina Sakamoto and Hitoshi Iba: "Identifying Gene Regulatory Network as Differential Equation by Genetic Programming"The Eleventh Workshop on Genome Informatics. 281-283 (2000)
[Publications] L.Chen,K.Aihara: "Modeling Genetic Network by Differential Equations"Technical Report of IEICE. 100・609. 17-24 (2001)
[Publications] L.Chen and K.Aihara: "Stability and Bifurcation Analysis of Differential-Difference-Algebraic Equations"IEEE Trans.CASI. 48・3(印刷中).

2000 Fiscal Year Annual Research Report

遺伝子・タンパク質系ダイナミクスの非線形システム的理解

Principal Investigator

市瀬 夏洋 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (70302750)

Research Products

[Publications] 市瀬夏洋,合原一幸: "遺伝子ネットワークのダイナミクスについて"電子情報通信学会技術報告. NLP2000-91. 91-98 (2000)

[Publications] Shin Ando and Hitoshi Iba: "The Matrix Modeling of Gene Regulatory Networks-Reverse Engineering by Genetic Algorithms-"Proceedings of Atlantic Symposium on Computational Biology, and Genome Information Systems & Technology. (2000)

[Publications] Shin Ando and Hitoshi Iba: "Quantitative Modeling of Gene Regulatory Network-Identifying the Network by Means of Genetic Algorithms-"The Eleventh Workshop on Genome Informatics. 278-280 (2000)

[Publications] Erina Sakamoto and Hitoshi Iba: "Identifying Gene Regulatory Network as Differential Equation by Genetic Programming"The Eleventh Workshop on Genome Informatics. 281-283 (2000)

[Publications] L.Chen,K.Aihara: "Modeling Genetic Network by Differential Equations"Technical Report of IEICE. 100・609. 17-24 (2001)

[Publications] L.Chen and K.Aihara: "Stability and Bifurcation Analysis of Differential-Difference-Algebraic Equations"IEEE Trans.CASI. 48・3(印刷中).

市瀬夏洋東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (70302750)