細胞内代謝シミュレーションのための汎用システムの構築

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10168224
• 研究機関: 慶応義塾大学
• 研究代表者: 冨田 勝 慶應義塾大学, 環境情報学部, 教授 (60227626)
• キーワード: 細胞代謝 / シミュレーション / 細胞モデル / 仮想細胞 / E-CELL / 赤血球

研究概要

ゲノム・プロテオーム解析によって得られた大量の遺伝子機能情報や代謝経路情報に基づき細胞の全体または一部の代謝活動をコンピュータ上で再構築するための汎用のシミュレーションソフトウエア「E-CELL」を開発している。
E-CELLはSubstance-Reactorモデルに基づいており、酵素反応や膜輸送などの化学反応をReaction Ruleとして個々に定義するとそれらを疑似並列に実行し全体の振る舞いをシミュレートする。ユーザは物質濃度の増減や特定の反応の速度などを観察することができるだけでなく、グラフィックインターフェースから介入して任意の物質濃度を人為的に増減させる事もできる。
昨年までに我々はE-CELLシステムを用いて127個の遺伝子からなる仮想の「自活細胞モデル」を完成させたが、現在これに細胞増殖に必要な遺伝子を加えることによって「自活増殖細胞モデル」の構築を目指している。また、転写制御やDNA複製などの代謝を拡張するためにDNAや転写翻訳機構のモデリングに改良を加えている。一方、これらの仮想細胞モデルとは別に、E-CELLを用いてヒト赤血球細胞のシミュレーションやバクテリアchemotaxisのシグナル伝達のシミュレーションの完成も目指しており、特に赤血球細胞ついては、代謝全体のモデルが完成し、現在デバッグや改良を行なっているところである。

研究成果

• [文献書誌] 冨田 勝: "E-CELL: Software environment for whole cell simulation" Bioinfomatics. Vol.15 No.1. 72-84 (1999)
• [文献書誌] "On negative selection against ATG triplets near codons in eucaryotic and procaryotic genomes" Journal of Molecular Evolution. Vol.48 No.2. 213-217 (1999)
• [文献書誌] "Comparative study of overlapping genes in the genomes of Mycoplasma genltalium and Mycoplasma pneumoniae" Nucleic Acids Research. Vol.27 No.8. (1999)
• [文献書誌] "Analysis of completed genomes suggests that many procaryoles do not rely on hairpins for transcription termination" Nucleic Acids Research. Vol.26 No.23. 5237-5535 (1998)
• [文献書誌] Tomita, M., Hashimoto, K., Takahashi, K., Shimizu, T., Matsuzaki, Y., Miyoshi, F., Saito, K., Tanida, S., Yugi, K., Venter, J.C., Hutchison, C: "E-CELL: Software environment for whole cell simulation" Bioinformatics. Volume 15, Number 1[Full Text (html)]. 72-84 (1999)
• [文献書誌] Fukuda, Y., Washio, T.and Tomita, M.: "Comparative study of overlapping genes in the genomes of Mycoplasma genitalium and Mycoplasma pneumoniae" Nucleic Acids Research. Volume 27, Number 8. (1999)
• [文献書誌] Saito, R.and Tomita, M.: "On negative selection against ATG triplets near start codons in eucaryotic and procaryotic genomes" Journal of Molecular Evolution. Volume 48, Number 2. 213-217 (1999)
• [文献書誌] Washio, T., Sasayama, J.and Tomita, M.: "Analysis of completed genomes suggests that many procaryotes do not rely on hairpins for transcription termination" Nucleic Acids Research. Volume 26, Number 23 [Full Text (html)]. 5237-5535 (1998)
• [文献書誌] Tom Shimizu, Kouichi Takahashi and Masaru Tomita: "CpG distribution patterns in methylated and nonmethylated species" Gene. Volume 205, Number 1-2. 103-107 (1997)
• [文献書誌] Yoshimi Toda and Masaru Tomita: "Inferring duplication history of junk DNA using subclassified Alu elements" Gene. Volume 205 Number 1-2. 173-176 (1997)
• [文献書誌] Masaru Tomita, Nobuyoshi Shimizu and Douglas L.Brutlag: "Introns and Reading Frames: Correlation Between Splicing Sites and Their Codon Positions" Molecular Biology and Evolution. Volume 13, Number 9. 1219-1223 (1996)
• [文献書誌] Osada, Y., Saito, R.and Tomita, M.: "Computer analysis of base pairing free-energy between Shine-Dalgarno sequence and 16SrRNA in various procaryotes" Bioinformatics. (accepted).
• [文献書誌] Tomita, M., Wada, M.and Kawashima, Y.: "ApA dinucleotide periodicity in procaryote, eucaryote and organelle genomes" Journal of Molecular Evolution. (accepted).
• [文献書誌] Saito, R.and Tomita, M.: "Computer analyses of archaebacterial genomes suggest that they employ both eucaryotic and eubacterial mechanisms in translation initiation" Gene.
• [文献書誌] Saito, R., Sasaki, H.and Tomita, M.: "On leaky scanning of AUG triplets in 5'UTR of vertebrate mRNAs"
• [文献書誌] Goto, M., Washio, T.and Tomita, M.: "On low frequency of CpG dinucleotides in bacterial genomes"
• [文献書誌] Okada, T., Tomita, M., Kawasaki, K., Minoshima, S. and Shimizu, N.: "The expression frequency of the human immunoglobulin lambda light chain genes and the roles of their recombination signal sequences"
• [文献書誌] Toda, Y., Saito, R.and Tomita, M.: "Comprehensive sequence analysis in 5'flunking region of primate Alu elements"