2012 Fiscal Year Annual Research Report
セルアレイからのタンパク質分布と発現タイミング情報に基づくがん細胞の特徴化と分類
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23300110
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
松野 浩嗣 山口大学, 理工学研究科, 教授 (10181744)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
FAURE Adrien 山口大学, 理工学研究科, 助教 (00610627)
葛 崎偉 山口大学, 教育学部, 教授 (30263750)
近藤 智子(古屋智子) 山口大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (30379979)
北風 裕教 大島商船高等専門学校, 商船学科, 講師 (70342558)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | システム生物学 / シグナル伝達 / シミュレーション工学 |
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| Research Abstract |
これまでの研究により，離散ペトリネットを使いシグナル伝達経路をモデル化する手法を提案してきた．さらに, 時間の概念を持つ時間ペトリネットでシグナル伝達経路をモデル化し, そのモデルの構造情報から, 各トランジションが満たすべき発火頻度条件式を導出する手法も提案した. またその際，シグナル伝達経路のスムーズなシグナルの流れを再現するために新たに「滞留なし」 という概念を導入し，その概念を持つペトリネットを滞留なしペトリネットを定義した．
今年度は，シグナル伝達経路のモデルである滞留なしペトリネットモデルにおけるトランジション間の依存関係を調べた．滞留なしペトリネットでは，上流と下流のトランジションの発火頻度が互いに依存しあう関係にある．このように依存しあう関係の部分ネットを依存部分ネットと呼ぶが，今年度の研究では，まず依存部分ネットを定義しその性質を調べた．次に依存部分ネットを求めるアルゴリズムを提案し，さらに提案したアルゴリズムを依存部分ネットの求解に応用する例も示した．
さらに，セルアレイから得られたタンパク質情報について，グラフィック技術を用いることにより分かりやすく可視化することで，この分類診断を支援することを考えた．具体的には，分類基準となるタンパク質の発現範囲や発現量，凝集度の分布の３情報を可視化数列によって表現し，さらにその直感的イメージを提示できるシステムを作成した．この可視化数列には，セルアレイ情報の本質的部分を失うことなく情報圧縮ができるという利点があり，多量なデータの解析の効率化に貢献できる．
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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
がん細胞の特徴をシグナル伝達経路のシグナルフローダイナミクスによって捉えることが目的であるが、反応速度を測定できる箇所は限られているため、かなりの部分の反応速度を推定する必要がある。本年度の研究ではこの課題に対応するため、シグナル伝達ペトリネットモデルの構造情報から反応速度を推定する手法の開発を行なった。この手法を逆適用すれば、生物実験で測定する必要のある箇所を特定することもでき、シグナル伝達のダイナミクスによるがん細胞の特徴化に大きく近づく。さらに、セルアレイによる実験回数を減らすことができるため、研究自体の効率を上げることもできる。
シグナル伝達経路の伝達速度測定については、アポトーシス経路の測定データを取得し、現在、そのデータからノイズ等の不確定要因を取り除き、時間ペトリネットモデルに適用できるよう作業を行なっているところである。この作業は若干遅れているが、25年度の早い時期に適用できる目途がたっている。
セルアレイのタンパク質量と凝集度によるがん細胞の特徴化については、がん細胞を固定し多種のタンパク質を比較した場合と，タンパク質を固定し多種のがん細胞を比較した場合について，可視化システムを用いて分析実験を行った．その結果、提案した手法は病理医師が求める従来では分析で見落としがちであったArea情報を含む結果を十分に分析表現できる手法であることが確認でき，実用化への大きなステップを得ることができた．
以上により、おおむね順調に進展しているとの自己評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回提案したアルゴリズムは全ての反応時間を予測するために最低限必要な反応時間の測定箇所を求めるためのものである。しかし、アルゴリズムで求めたこれらの測定箇所は生物実験によって測定が可能であるとは限らない。今年度の課題は測定可能箇所を考慮した依存縮約のアルゴリズムを確立することである。またその事を含め、今回提案した手法に対して様々なシグナル伝達経路のペトリネットモデルに対して応用すること、シグナル伝達経路以外の滞留なしペトリネットモデルに対するトランジションの発火頻度を求める計算法の設計を行っていくことにも取り組む。
セルアレイからの測定データについては、これまではタンパク質の量情報と凝集度情報しか使っていなかったが、これに細胞の大きさの情報も加えて、細胞周期のG1期のデータのみを抽出する手法を最近考案したので、これを行なうシステムを開発し、より正確なデータ取得を可能とする予定である。
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