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

2003 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 大阪大学, 工学部, 助教授 (20298813) ; 市瀬 夏洋 京都大学, 情報学研究科, 助手 (70302750) ; 合原 一幸 東京大学, 生産技術研究所, 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

(1)遺伝子ネットワークの推定方法を応用してより複雑な発現系のシミュレーションシステムの構築を試みた。さらに対話的な推定手法の核となる遺伝子ネットワークの可視化手法と推論方法を統合した。とくに、可視化部分の対話的な修正メカニズムを実装し、より柔軟な2.5次元可視化システムGIOVEを実現した。
(2)遺伝子・タンパク質ネットワークの動的特性を記述するため、遺伝子発現に内在する確率性の効果を考慮した新たな数理的手法の開発を行い、遺伝子ネットワークのモジュールの解析や人工遺伝子ネットワークの設計などに応用した。また、時間遅れや細胞周期など遺伝子発現に大きな影響を持つ要素を取り込んだダイナミカルモデルの提案と解析を行なった。
(3)遺伝子ネットワーク推定には、本来は遺伝子ノックアウト等の外部摂動が必要である。しかしながらこのような外部摂動は網羅的な実験が必要となる。そこで、同様の摂動効果を系が必然的に有するダイナミカル・ノイズ、あるいはその影響が事前には決定できないような弱い摂動等によって得ることが可能であるかについての理論的検討を行ない、シミュレーション実験によってその可能性を示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Iba, S.Saeki, K.Asai, K.Takahashi, Y.Ueno, K, Isono: "Inference of Euler Angles for Single-particle Analysis by Means of Evolutionary Algorithms"Biosystems. 72/1-2. 43-55 (2003)
• [文献書誌] S.Ando, H.Iba: "Artificial Immune System for Classification of Cancer"Application of Evolutionary Computing. 1-10 (2003)
• [文献書誌] T.Kobayashi, L.Chen, K.Aihara: "Modeling genetic switches with positive feedback loops"Jornal of Theoretical Biology. 221・3. 379-399 (2003)
• [文献書誌] T.Kobayashi, K.Aihara: "How Does Noise Propagate in Genetic Networks? A New Approach to Understand Stochasticity in Genetic Networks"Proceedings of CEC 2003. 2. 1018-1025 (2003)
• [文献書誌] Y.Morishita, K.Aihara: "Noise-reduction through interaction in gene expression and biochemical reaction processes"Journal of Theoretical Biology. (in press). (2004)