病態解析のための糖尿病シミュレーションモデルの構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14780647
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 内藤 泰宏 慶應義塾大学, 環境情報学部, 専任講師 (50327714)
• Keywords: バイオインフォマティクス / システム生物学 / 細胞シミュレーション / 糖尿病 / 膵β細胞

Research Abstract

(1)関連文献,データ収集:モデルの基盤とするための文献収集を行い,データベースを構成した.対象臓器は膵β細胞,肝細胞,筋細胞を中心とし,生物種は,文献数の豊富なラットなど齧歯類を中心とした.文献からは,代謝経路の数理モデル,経路を構成する個々の分子機能の数理モデル,速度論パラメータなどを集めた.また,各臓器を結ぶ循環系についても情報を収集した.
(2)数理モデルの構築:膵β細胞のインスリン分泌,肝および筋の糖代謝について基盤となるモデルを構築した.β細胞モデルは,解糖系の反応測度論モデルと,カルシウムハンドリング/インスリン分泌モデルを個別に構築し,その結合にも着手した.肝および筋は,解糖系,糖新生,グリコーゲン代謝を含む細胞モデルを構築し,これを編成して臓器モデルとする方法を検討している.循環系モデルは単純なプロトタイプを構築した.
(3)E-CELLへの実装仕様の決定:シミュレーション環境としてはE-CELL ver.1を用いている.また,代謝経路モデルでは,全酵素について正確な速度論データを取得することは困難であるため,Dynamic-Static Hybrid Algorithm(中山,柚木ら.私信)を採用することとした.
(4)E-CELL上でのモデル構築作業:(2)で構築したモデルをE-CELL上に実装し,シミュレーションを行った.シミュレーション結果を実験データと相互検討し,モデル構造,パラメータへのフィードバックを行った.Dynamic-Static Hybrid Algorithmの実装による結果の変動についても検討を開始した.
これらの成果については,ISMB2002(カナダ),ICSB2002(スウェーデン),第13回ゲノム情報国際会議(GIW2002,東京),日本糖尿病学会,日本分子生物学会年会等で学会発表した.

Research Products

• [Publications] 内藤泰宏, 冨田勝: "細胞シミュレーションで生物のシステムに迫る"科学. 73(4). 447-448 (2003)
• [Publications] 内藤泰宏, 冨田勝: "E-CELL:細胞シミュレーションの可能性"血管医学. 5(3). 21-30 (2002)
• [Publications] 内藤泰宏, 冨田勝: "細胞シミュレーション:E-CELLプロジェクトの挑戦"BME. 16(1). 36-42 (2002)