2014 Fiscal Year Research-status Report
遺伝子発現ネットワーク解析のための受動性に基づく不安定性理論
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26820163
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
井上 正樹 慶應義塾大学, 理工学部, 助教 (80725680)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ロバスト性解析 / 遺伝子ネットワーク / ロバスト制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遺伝子ネットワークで生じるオシレーション現象のロバスト性解明とそのための理論構築を目指して，本年度は，以下の三つの課題に取り組んだ．まず，基礎理論として，（１）受動的な不確かさを有する線形フィードバックシステムの不安定性解析を行った．そして，基礎理論と遺伝子ネットワーク系の解析をつなげるため，（２）受動性の性質を有する遺伝子発現システムのクラスの調べ，（３）遺伝子ネットワーク系におけるオシレーション現象の数値シミュレーションと定量的なロバスト性解析を行った．これらの研究過程においては，不確かな非線形動的システムの平衡点解析の問題にも取り組んだ．１，２，３の詳細な内容を以下に示す．
（１）受動性の性質をもつ不確かさと線形システムからなるフィードバックシステムを対象として，平衡点の不安定性解析を行った．導出した不安定条件は，受動定理の不安定版といえるものである．この結果は，遺伝子発現に現れるオシレーション現象のロバスト性の原理解明に役立つと期待している．今後は，理論を非線形フィードバックシステムに拡張し，より実際の遺伝子ネットワークに近づける予定である．
（２）遺伝子発現を記述する数理モデルでは，他の遺伝子発現の影響がHill関数と呼ばれる単調関数の形で影響される特殊な構造をもっている．このようなモデルにおいて，システムが受動的となるクラスを調査した．この結果，１の理論の適用範囲を明らかにすることができた．
（３）オシレーション現象には，平衡点の不安定性が重要な役割をもつことが指摘されている．現象と不安定性の関係について，数値シミュレーションで調査した．そして，ある遺伝子ネットワークが，受動的な不確かさに対して非常にロバストであることを数値的に確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究目的を達成するため，２６年度に研究計画として挙げていたのは，（A）受動性にもとづく線形フィードバックシステムの不安定性解析，（B）受動性の性質をもつ遺伝子モデルのクラスの解明，そして，（C）受動性を有する非線形動的システムの平衡点解析であった．これらの目標は，いずれも計画通りに達成することができた．これら三つの課題に加えて，数値実験レベルでの遺伝子ネットワークのロバスト性解析もおこなうことができたため，当初の計画以上に進めることができている．
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| Strategy for Future Research Activity |
２７年度は，２６年度に開発した基礎理論と遺伝子発現システムでの解析を組み合わせる．そのために，まず，線形システムに対して開発した基礎理論を，遺伝子発現モデルを想定した非線形システムに拡張し，受動性を有する非線形フィードバックシステムに対する不安定性解析をおこなう．この結果を，制御工学分野の基礎理論としてまとめる．そして，すでに２６年度に準備を始めているが，既存の遺伝子発現ネットワークモデルを対象として，数値実験レベルで，オシレーション現象のロバスト性解析の問題にも取り組む．特に，２６年度は考えていなかった，平衡点の不確かさも許容した見積もりが重要であると考えている．
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