インシリコ生命ネットワーク構築のための遺伝子ネットワーク推定とシミュレーション

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17017008
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 宮野 悟 東京大学, 医科学研究所, 教授 (50128104)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松野 浩嗣 山口大学, 理学部, 教授 (10181744) ; 井元 清哉 東京大学, 医科学研究所, 助手 (10345027) ; 坂内 英夫 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 講師 (20323644) ; 長崎 正朗 東京大学, 医科学研究所, 助手 (90396862)
• Keywords: 遺伝子ネットワーク / タンパク質ネットワーク / システムバイオロジー / パスウェイモデリング / マイクロアレイ解析 / シミュレーション / ベイジアンネットワーク / Petriネット

Research Abstract

1.遺伝子制御ネットワークのモデリングにはこれまで用いてきたベイジアンネットワークを使い,タンパク質ネットワークのモデリングにはマルコフネットワークを適用し,これらを統合した統計モデルを定義し,それぞれのデータの信頼性に基づいて相互に補いあう方式を開発した.
2.ベイジアンネットワークに基づくマイクロアレイデータからの遺伝子ネットワーク推定において,生物種間の進化情報を用いる方法の開発した.3.これまでの研究で開発した最適なネットワークから準最適なものまで枚挙するアルゴリズムにより,多数のネットワークを計算し,それに基づいてネットワークモチーフという概念を定義した。計算機実験によると,最適なベイジアンネットワークよりも,本研究で定義したネットワークモチーフとよばれるネットワークがより生物情報を正確に反映していることがわかった。
3.ブーリアンネットワークモデルにより時系列マイクロアレイデータから遺伝子ネットワーク推定する問題において,パン酵母の転写因子結合部位データを補足的に用いることにより,より精度の高い遺伝子ネットワークを推定する方式を開発した。
4.エッジ交差,ノード交差,ノード間距離,Gene Ontologyによる細胞内局在情報の4つを考慮したバイオパスウェイの自動レイアウトアルゴリズムを開発した.
5.遺伝子p53,MDM2,p19ARFの制御関係についての情報とデータを文献に基づいて抽出し,ハイブリッド関数ペトリネットを用いてそれをモデル化した。シミュレーションの結果から,p53,MDM2,p19ARFがコンプレックスをつくると,それは転写活性をもっていることが示唆された.

Research Products

• [Journal Article] Simulation based validation of the p53 transcriptional activity with hybrid unctional Petri net (2006)
  • Author(s): Doi, A., Nagasaki, M., Matsuno, H., Miyano, S.
  • Journal Title: In Silico Biology 6(In press)(印刷中)
• [Journal Article] Superiority of network motifs over optimal networks and an application to the revelation of gene network evolution (2005)
  • Author(s): Ott, S., Hansen, A., Kim, S.-Y., Miyano, S.
  • Journal Title: Bioinformatics 21・2 Pages: 227-238
• [Journal Article] Estimating gene regulatory networks and protein-protein interactions of Saccharomyces cerevisiae from multiple genom-wide data (2005)
  • Author(s): Nariai, N., Tamada, Y., Imoto, S., Miyano, S.
  • Journal Title: Bioinformatics 21・Suppl2 Pages: ii206-ii212
• [Journal Article] Utilizing evolutionary information and gene expression data for estimating gene networks with Bayesian network models (2005)
  • Author(s): Tamada, Y., Bannai, H., Imoto, S., Katayama, T., Kanehisa, M., Miyano, S.
  • Journal Title: J.Bioinformatics and Computational Biology 3・6 Pages: 1295-1313
• [Journal Article] Estimating gene networks from expression data and binding location data via Boolean networks (2005)
  • Author(s): Hirose, O., Nariai, N., Tamada, Y., Bannai, H., Imoto, S., Miyano, S.
  • Journal Title: Lecture Notes in Computer Science. 3482 Pages: 349-356
• [Journal Article] Automatic drawings of biological networks using cross cost and subcomponent data. (2005)
  • Author(s): Kato, M., Nagasaki, M., Doi, A., Miyano, S.
  • Journal Title: Genome Informatics 16・2 Pages: 22-31