2009 Fiscal Year Annual Research Report
振動子ネットワークによるSCNニューロンのモデル化とその概日リズムへの応用
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20560352
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
徳田 功 Japan Advanced Institute of Science and Technology, 情報科学研究科, 准教授 (00261389)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 弘和 大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 助教 (90405358)
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| Keywords | SCNニューロン / サーカディアンリズム / 位相方程式 / 位相応答曲線 / 時計遺伝子 / 集団フィードバック制御 / 複雑ネットワーク / 同期 |
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| Research Abstract |
Suprachiasmatic Nucleus(SCN)ニューロンのネットワークモデルを生理実験に基づいて忠実に構築し,理論解析を行うことにより,哺乳類のサーカディアンリズムを解明することを目指し,21年度は以下の成果を得た.
1)振動子ネットワークからの位相方程式抽出法の開発
多数のSCNニューロンが空間的に非一様に結合したネットワークに対して,システムを記述する位相方程式を時系列データから逆推定する手法を開発した.特に,振動子がカオスによって揺らぐ場合へ手法を拡張し,同期領域の予測が可能であることを示した.手法の有効性はシミュレーションデータおよび電気化学の実験データへ適用することにより確認した.
2)SCNニューロンの結合ネットワークの計測実験と数理モデリング
時計遺伝子per2のプロモータにルシフェラーゼ遺伝子を導入した遺伝子組換えラットのSCNスライスにおける位相ダイナミクスの計測を行い,得られたデータに対して数理モデルを構築した.特に、結合強度と欠損率を計測データに合うように設定したところ、結合強度が同期に必要な強度の2倍から3倍程度の大きさであることが分かり、SCNの結合について有用な知見が得られた.
3)植物概日リズムの位相応答計測実験
遺伝子組換えシロイヌナズナ(CCA1::LUC)を用い,植物概日リズムの光刺激に対する応答特性の実験計測を行った.摂動光の波長を変えることにより,異なった位相応答曲線が得られる事が分かり,貴重な基礎データを得る事ができた.これは,摂動に用いる光の波長の違いによって,シロイヌナズナの応答が異なることを定量的に示した結果である.
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