2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K00325
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 禎彦 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (20512354)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生物物理 / システム生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は,動的情報伝達機構の解明を,最適原理に基づく手法によって明らかにするものである．生物には物理学や化学におけるような統一的な理論がないと考えられている．しかし，生体メカニズムは進化的に環境に適応してきているため，「環境に対する最適性」によってそのメカニズムの機能を説明することが出来ると考えている．つまり，生体機能の理解には数理最適化による切り口が非常に有効であると考えられる．細胞は外界の情報をシグナル伝達系や転写翻訳ネットワークによって細胞内に伝える．シグナル伝達によって，細胞は環境に適した応答（適切なたんぱく質合成など）を行うことが可能になる．シグナル伝達は細胞の中心的な機能であり非常に重要であるため，少ないエネルギーで正確に伝えることが出来るように高度に最適化されていると考えられる．本研究課題では，情報伝達機構における多くの疑問を最適性の観点から答えることにある．近年，細胞は濃度や分子種の観測のみならず，動的なシグナル分子のパターンも認識できることが明らかになっている．本年度は，特に複数の動的シグナルが重なり合った信号（多重化信号）が存在した場合の最適デコード機構について明らかにした．現代制御理論を適用することで，任意の多重化信号のデコードを，生化学反応によって実現できることを初めて示した．特に，シグナル伝達系で頻出の生化学ネットワーク構造によってデコードできることを示した．この成果を査読付き論文誌（Physical Review E）に発表した．
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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
平成29年度の研究計画では，シグナル伝達系を最適制御理論と確率過程の手法を用いて解析し，シグナル伝達系の理解を深めることが目的であった．平成29年度の研究では，動的な多重化された信号の最適デコードについて制御理論を用いて解析した．この研究によって，任意の多重化動的信号の最適デコードが，生化学的に実現可能であることを初めて理論的に示した．特に，シグナル伝達系で頻出するモチーフであるカスケードネットワークを用いることで可能であることを示し，実際の細胞がこのような最適デコードを行えることが明らかとなった．この手法をさらに発展させることで，他の生体メカニズムの機能の説明が可能になると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
シグナル伝達系の最新の研究動向を調査し，今までの研究成果を発表するために予定であり，その予算を使用予定である．現時点で投稿中論文が3本，また近々投稿予定の論文が1本ある．現在執筆中の論文について，英文校正代が必要である．また，採録された場合は投稿料として予算を使用する予定である．本研究課題は指導する学生が研究テーマとして研究している．これらの学会発表や論文発表のために使用する予定である．
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| Causes of Carryover |
伊庭斉志教授の科研費基盤Bの分担になり，50万円が配分されたため，当初予定より余裕ができた．H30年度は科研費最終年度であり，多くの論文発表・学会発表を予定している．そのため，問題なく消費することができると考えている．
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