2005 Fiscal Year Annual Research Report
生物情報ネットワークの構造および動的挙動の数理解析
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17017019
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阿久津 達也 京都大学, 化学研究所, 教授 (90261859)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
五斗 進 京都大学, 化学研究所, 助教授 (40263149)
望月 敦史 基礎生物学研究所, 理論生物学研究部門, 助教授 (10304726)
時田 恵一郎 大阪大学, サイバーメディアセンター, 助教授 (00263195)
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| Keywords | バイオインフォマティクス / システム生物学 / 遺伝子ネットワーク / 代謝ネットワーク / タンパク質ドメイン / スケールフリーネットワーク / べき乗則 / 遺伝子間相互作用 |
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| Research Abstract |
本特定領域研究では本年度、生物情報ネットワークの構造や動的挙動に関して様々な研究を行い、主に以下の成果を得た。
1.タンパク質のドメイン構成の進化の数理モデルを構築した。その結果、ドメイン分布をもとに構成されるネットワークが、大域的には他のモデル同様に負のべき乗則に従うが、局所的には正のべき乗則に従うという興味深い性質を見出した。この性質を理論的に示すとともに、データベース解析によっても確認した。
2.代謝ネットワークにおける保存されたモジュールは系統プロファイルやオペロン構造から予測できると仮定し、そのためのデータベースを整備した。また、モジュールの抽出と遺伝子機能の応用を試み、緑膿菌の代謝ネットワークにおける新規遺伝子を予測し、生物学者との共同研究を行い、生物学的実験により検証した。
3.遺伝子の数や遺伝子間の相互作用の数は、遺伝子発現の定常状態の多様性とは無関係であることを以前より明らかにしてきたが、今年度はさらに発展させ、遺伝子発現の定常状態の多様性には、遺伝子相互作用におけるループ構造が必要不可欠であることを明らかにした。すなわち、細胞の多様性は、遺伝子ネットワークに含まれる遺伝子の数や相互作用の複雑さよりは、単に相互作用のループ構造だけに依存して進化した可能性を示した。
4.生態系における種、細胞内の代謝物質、タンパク質、mRNAなどの量の分布に関する数理的な研究を行った。特に、生態学において古典的に調べられて来た面積と種数の間に成り立つベキ関係(種数面積関係)を分布と関連づけた。さらに、mRNAの量のベキ分布などでも知られるZipfの法則が、多様性に関係する関数を最大化する臨界点で成り立つことなどを発見した。
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