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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Fluctuation-induced robust information coding, learned from neuron

Research Project

Project/Area Number 16K12508
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

藤井 雅史  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (30725750)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords情報伝達 / small-volume effect / robustness / sensitivity / efficiency
Outline of Annual Research Achievements

神経細胞間のスパイクタイミング情報を処理する場であるスパインは体積が小さい(0.1fL程度)ため、場に含まれる分子の数が少ない。そのため、生化学反応過程でのゆらぎによって応答がゆらいでしまう。一方、スパインは神経細胞間の情報伝達の入り口としての側面も持つ。情報伝達においてゆらぎ(ノイズ)は、正確な情報伝達を妨げるものであると考えられるため、一見するとゆらぎの大きいスパインでの情報コードは効率が悪いように考えられる。本研究では、スパインにおけるmGluRを介したCa2+上昇反応の反応過程を確率論的シミュレーションとシャノンの情報理論に基づいた解析によって、スパインの小ささが、入力強度のゆらぎに対する頑健性、小さな入力に対する高感受性、1入力分子が担える情報の高効率性が実現されることを見出してきた。
一方で、これらの性質の一般性については不明のままである。そこで本年度では、mGluR以外での受容体(NMDAR)を介したスパインでのCa2+上昇反応について考察した。その結果、入力強度のゆらぎに対する頑健性と1入力分子が担える情報の高効率性が実現されることを見出した。これらの成果をまとめた論文について、Biophysical Journalへの掲載が決まった。
さらに、より一般性の高い抽象的なモデルを用いた解析を進め、上記頑健性が現れる条件・現れない条件を見出した。これらの成果は現在論文にまとめているところである。

  • Research Products

    (16 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] NMDAR-mediated Ca2+ increase shows robust information transfer in dendritic spines2019

    • Author(s)
      Tottori Takehiro、Fujii Masashi、Kuroda Shinya
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2019.03.030

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reconstruction of global regulatory network from signaling to cellular functions using phosphoproteomic data2018

    • Author(s)
      Kawata Kentaro、Yugi Katsuyuki、Hatano Atsushi、Kokaji Toshiya、Tomizawa Yoko、Fujii Masashi、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Kuroda Shinya
    • Journal Title

      Genes to Cells

      Volume: 24 Pages: 82-93

    • DOI

      10.1111/gtc.12655

    • Open Access
  • [Journal Article] Trans-omic Analysis Reveals Selective Responses to Induced and Basal Insulin across Signaling, Transcriptional, and Metabolic Networks2018

    • Author(s)
      Kawata Kentaro、Hatano Atsushi、Yugi Katsuyuki、Kubota Hiroyuki、Sano Takanori、Fujii Masashi、Tomizawa Yoko、Kokaji Toshiya、Tanaka Kaori Y.、Uda Shinsuke、Suzuki Yutaka、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Saitoh Kaori、Kato Keiko、Ueno Ayano、Ohishi Maki、Hirayama Akiyoshi、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 7 Pages: 212~229

    • DOI

      10.1016/j.isci.2018.07.022

    • Open Access
  • [Presentation] 血糖値制御モデルを用いた血糖値が上がりにくい糖摂取パターンの考察2019

    • Author(s)
      藤井雅史, 村上陽平, 唐沢 康暉, 住友洋平, 藤田卓, 小山雅典, 宇田新介, 久保田浩行, 井上啓, 小西克己, 大羽成征, 石井信, 黒田真也
    • Organizer
      定量生物学の会第九回年会
  • [Presentation] 糖摂取後のヒト血中分子濃度の時間変動解析による分子濃度の代謝制御と応答性の評価2019

    • Author(s)
      藤田卓, 唐沢康暉, 藤井雅史, 宇田新介, 大橋郁, 住友洋平, 平山明由, 曽我朋義, 黒田真也
    • Organizer
      定量生物学の会第九回年会
  • [Presentation] 糖摂取後のヒト血中分子濃度の時間変動解析2018

    • Author(s)
      藤田卓, 住友洋平, 唐沢康暉, 藤井雅史, 宇田新介, 大橋郁, 平山明由, 曽我朋義, 黒田真也
    • Organizer
      第10回JST数理デザイン道場
  • [Presentation] 増殖因子ミメティクス核酸による細胞シグナル制御2018

    • Author(s)
      植木亮介, 秋山桃子, 藤井雅史, 黒田真也, 山東信介
    • Organizer
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
  • [Presentation] Time-series analysis of metabolic responsiveness to the oral glucose ingestion2018

    • Author(s)
      藤田卓, 唐沢康暉, 藤井雅史, 宇田新介, 大橋郁, 平山明由, 曽我朋義, 黒田真也
    • Organizer
      日本生物物理学会2018年年会
  • [Presentation] 糖摂取後のヒト血中分子濃度の時間変動解析2018

    • Author(s)
      藤田卓, 唐沢康暉, 藤井雅史, 宇田新介, 大橋郁, 住友洋平, 平山明由, 曽我朋義, 黒田真也
    • Organizer
      日本糖尿病合併症学会
  • [Presentation] 血糖値制御モデルを用いた血糖値が上がりにくい糖摂取パターンの考察2018

    • Author(s)
      藤井雅史, 村上陽平, 唐沢 康暉, 住友洋平, 藤田卓, 小山雅典, 宇田新介, 久保田浩行, 井上啓, 小西克己, 大羽成征, 石井信, 黒田真也
    • Organizer
      研究会「理論と実験」2018
  • [Presentation] 糖摂取後の包括的なヒト血中分子濃度の時間変動解析2018

    • Author(s)
      藤田卓, 唐沢康暉, 藤井雅史, 宇田新介, 大橋郁, 住友洋平, 平山明由, 曽我朋義, 黒田真也
    • Organizer
      研究会「理論と実験」2018
  • [Presentation] 小体積におけるロバストな情報伝達の性質2018

    • Author(s)
      鳥取岳広, 藤井雅史, 黒田真也
    • Organizer
      研究会「理論と実験」2018
  • [Presentation] 糖摂取後のヒト血中分子濃度の時間変動解析2018

    • Author(s)
      藤田卓, 唐沢康暉, 藤井雅史, 宇田新介, 大橋郁, 住友洋平, 平山明由, 曽我朋義, 黒田真也
    • Organizer
      第58回生命科学夏の学校
  • [Presentation] 糖摂取後の網羅的なヒト血中分子濃度の時間変動解析2018

    • Author(s)
      藤田卓, 唐沢康暉, 藤井雅史, 宇田新介, 大橋郁, 住友洋平, 平山明由, 曽我朋義, 黒田真也
    • Organizer
      日本生化学会大会
  • [Presentation] ノイズ環境下における情報伝達の頑健性2018

    • Author(s)
      鳥取岳広, 藤井雅史, 黒田真也
    • Organizer
      定量生物学の会第九回年会
  • [Remarks] 研究代表者(藤井)のwebページ

    • URL

      https://home.hiroshima-u.ac.jp/~mafujii/publications

URL: 

Published: 2019-12-27  

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