2018 Fiscal Year Annual Research Report
Robustness, flexibility and phase transitions of the gene regulatory network.
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15KT0074
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
和田 洋 筑波大学, 生命環境系, 教授 (60303806)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢田 哲士 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (10322728)
市瀬 夏洋 京都大学, 情報学研究科, 助教 (70302750)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 遺伝子制御ネットワーク / ネットワーク理論 / 棘皮動物 / 軟体動物 / 発生システム浮動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遺伝子発現制御ネットワークの理論的な研究で、ネットワークの性質を形作る自然選択の影響を調べる研究から興味深い成果を得ることができた。ゲノムDNAは突然変異により、遺伝子の発現が変動したり、転写因子がターゲット遺伝子の発現を制御できなくなるなどの影響が見られることがある。このような変動は自然界では避けられないが、そのような影響に対して遺伝子の発現パターンが変動せず安定に維持されるような自然選択がはたらくであろうとかんがえられる。そのような安定なネットワークは遺伝子がより多くの遺伝子の制御を受け、転写因子遺伝子のターゲットの数が少ないことが理論的に予想される。また制御を受ける遺伝子の数の分散が小さく、制御する遺伝子の数の分散が大きいと安定になることも明らかにした。さらに、既知のデータベースの解析から、このようなネットワークの性質がバクテリアからヒトまで共通してみられることを明らかにした。
また、発生初期における遺伝子のネットワークが発生の結果とも言える幼生の形態に大きな変更を加えずに変更する、発生システム浮動と呼ばれる現象が軟体動物と棘皮動物でも見られることを示した。軟体動物では、SPILEと呼ばれる遺伝子が重複してレパートリーを増やしながららせん卵割の時期の細胞分化を制御していることをすでに明らかにしていたが、発生の初期に発現する転写因子をトランスクリプトーム解析で網羅的に検出したところ、その多くがやはり軟体動物特異的遺伝子であり、初期の細胞分化に関わっていることも実験的に示した。また、棘皮動物では、ウニの系統で確立したPmar/HesCによる二重抑制機構の正立が、hesCの機構が大きく変化したことによって実現したことを明らかにした。Pmarの起原となった遺伝子phbをヒトデから単離し、この遺伝子がhesCとは異なる抑制因子を介して内中胚葉の分化を制御していることを示した。
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