遺伝子・タンパク質系ダイナミクスの非線形システム的理解

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12208004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 伊庭 斉志 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (40302773)
• 研究分担者: 陳 洛南 大阪産業大学, 工学部, 助教授 (20298813) ; 市瀬 夏洋 東京大学, 医科学研究所, 助手 (70302750) ; 合原 一幸 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (40167218)
• キーワード: 遺伝子ネットワーク / DNAマイクロアレイ / 遺伝的アルゴリズム / 非線型ダイナミクス / 安定性解析 / 分岐解析 / 人工遺伝子ネットワーク / 遺伝的プログラミング

研究概要

遺伝子発現制御ネットワークは、転写因子による発現制御等に見られるように、本質的に非線型性を伴う。これは還元論的に部分の挙動から全体の挙動を設計するという手法を用いることが、必ずしもできないことを意味する。そこで発現パターン情報を用いて間接的にネットワークを設計する方法を開発している。現在までに、パターンの矛盾(ノイズ)に対するロバスト性、複数パターンの単一ネットワークへの実装等の技術を開発している。
さらに、理論的・数値的な手法を用いて、遺伝子の転写・翻訳過程に伴って生じる時間遅れや細胞周期の存在が遺伝子ネットワークの動的振る舞いに及ぼす効果を解析し、定性的な振る舞いが大きく変わりうることを示すと同時に、定性的な振る舞いが変わらないための条件などを明らかにした。これらの理論解析結果を、遺伝子発現のスイッチングや周期振動などのモデリングへ応用した。
また、DNAマイクロアレイによって得られる遺伝子の発現時系列データを用いて、遺伝子制御ネットワークを対話的に推定するアプローチを提案し、システム(Ginger)として実装した。実験の結果、提案手法によってヒューリスティクスの導入や戦略的なデータ取得が可能になり、従来手法と比較して、より柔軟で効率的な推定が実現された。

研究成果

• [文献書誌] L.Chen, K.Aihara: "Stability of Genetic Regulatory Networks with Time Delay"IEEE Transactions on Circuits and Systems-1. 49(5). 602-608 (2002)
• [文献書誌] L.Chen, K.Aihara: "A Model of Periodic Oscillation for Genetic Regulatory Systems"IEEE Transactions on Circuits and Systems-1. 49(10). 1429-1436 (2002)
• [文献書誌] T.Kobayashi, L.Chen, K.Aihara: "Modeling Genetic Switches with Positive Feedback Loops"Journal of Theoretical Biology. 221(3). 379-399 (2003)
• [文献書誌] Iba, H., Mimura, A.: "Inference of a gene regulatory network by means of interactiveevolutionary computing"Information Sciences. 145(3-4). 225-236 (2002)
• [文献書誌] Ando, S., Sakamoto, E., Iba, H.: "Evolutionary modeling and inference of gene network"Information Sciences. 145(3-4). 237-259 (2002)
• [文献書誌] 伊庭斉志: "遺伝的アルゴリズム"医学出版. 385 (2002)