2013 Fiscal Year Research-status Report
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25330351
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
ホセ ナチェル 東邦大学, 理学部, 准教授 (60452984)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 構造的な制御問題 / 制御理論 / 支配集合 / 制御性 / 複雑生物情報ネットワーク / 情報解析 |
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| Research Abstract |
本研究プロジェクトは、生物学的ネットワークを制御するために、実際の実験データに基づいた方法論を提供することを目的とする。我々の主なアイデアは、生物学的なネットワークを制御するために、リンクの代わりにノードを使用して構成することである。制御理論の手法や概念と複雑ネットワークからのアプローチとの融合が、新たな工学および生物医学的応用につながる可能性がある。
本研究では、複雑ネットワークを制御するための新しい方法論を提案する。特に、我々は複雑ネットワーク上での構造的な制御問題をマップするために最小支配集合（MDS）の概念を使用している。グラフG内のすべてのノードが、Sの要素またはSの要素に隣接する場合、グラフGのノードSのセットは、支配集合（DS）と呼ばれる.与えられたグラフGの最小支配集合は最小支配集合（MDS）と呼ばれる。各末端ノードは独自の制御信号を有するため、MDSを選択することにより、ネットワークは構造的に制御可能である。このフレームワークは、二部ネットワークにおける制御性の分析に拡張された。
このモデルは、薬物-タンパク質標的相互作用を研究するために使用した。MDSアルゴリズム的方法では、一連のノードのコントローラは一意ではありません。そこで、私たちは、常にコントローラの役割（重要なノード）を果たす一連のノードを識別するためのアルゴリズムの手順を開発した。また、堅牢な制御性も研究された。
2014年6月2日に、私はNetSci2014,カリフォルニア大学、バークレーで招待講演を行う。また、2014年8月1日に,大阪で The Joint Annual Meeting of the 日本数理生物学会 and the Society for Mathematical Biologyで招待講演を行う。
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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
二部ネットワークにおける制御性の解析により、最大次数はコントローラの数を減らすことができることを示した。薬物の比較的小さな要素は、構造的に全てのタンパク質標的を制御することができる。MDSアルゴリズムアプローチでは、ノードのコントローラセットが一意でないので、我々は次の3つのカテゴリにノードを分類することができる。重要なノード（NC）の割合は、ノードごとに最小支配集合構成に属していることを示している。冗長（NR）は、最小支配集合の一部ではないよう一連のノードを記述する。断続的（NI）は、いくつかの最小支配集合に参加するが、他には参加しない。数学的解析と開発したアルゴリズムはこれらのノードを識別する。この結果、高い次数のノードが重要なノード(NC)である傾向があることを示す。この分析は、無向と有向ネットワークを使用して行われ、タンパク質ネットワーク、遺伝子調節ネットワーク、電力網および米国の空港のネットワークを含む現実世界のネットワークと比較した。 最後に、リンクの偶発的な故障の下で、ネットワークを制御する方法についての分析も行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
ネットワーク制御のトピックは、研究コミュニティにおいて、非常に魅力的であり、我々は、このフィールドに新しい結果を得ている。私たちは、できるだけ少ないノードを使用して、複雑な生物学的ネットワークの任意の構造タイプを制御することを可能にするような最小支配集合（MDS）に基づくと同時に、実際の生物学的なデータに基づいた汎用的で理論的なアプローチを用いた開発に焦点を当てる。Controllerノードの数が、エッジの偶発的な故障の下で、どのように変化するかに関する現在の研究を継続していきます。また、制御性の二部ネットワーク解析を用いて、我々は同じ処置における二つの薬剤の強さは、いずれかの薬物単独使用よりも弱くなっているという薬剤拮抗作用の問題に取り組むことができる。 我々はまた、代謝ネットワークのような双方向の二部ネットワークで制御性を達成するために開発されたツールを組み合わせることを目指している。
我々が開発した理論や情報解析ツールを使用して、多くの解決問題に対処することができたので、我々は助成研究予算が必要とされるような、いくつかの国際および国内会議に発表・出席したいと思う。
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