代謝反応パスウェイのコンピュータ比較解析による基本構成原理の解明

通过代谢反应途径的计算机比较分析阐明基本结构原理

• 批准号: 04J61623
• 负责人: 三宅 晶子
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J61623/
• 关键词: 代謝反応パスウェイ; 系統プロファイル; サブネットワーク抽出

本研究では、パスウェイがどのような基本原理に従って構成されているのかを明らかにすることを目的としている.代謝反応パスウェイ中の各反応には複数の基質,生成物が関わってくるために,その構造は分岐を伴う非常に複雑なネットワークを形成している,しかし実際には,パスウェイは反応の種類によって解糖系などの代謝マップごとに分類され,整理されている.それらはネットワークの基本構成単位であると考えられるが,進化の過程で実際にどのような原理でそれらが構成され,パスウェイ全体を作り上げているかは明確には解明されていない.従来,代謝マップはバクテリアから真核生物まで広く保存されているものと考えられていた.しかし,例えば代謝のうち最も中心的な部分を占める解糖系等であっても,生物種によっては全く異なる酵素・反応経路が使用されていることが報告されている.そして,それぞれの経路ごとに,それを持つ生物種の組み合わせが異なっている.ある遺伝子またはタンパク質の生物種間での分布パターンの類似性は,その進化的・機能的な関連性を反映しているとされており,これがサブネットワーク抽出のための一つの基準となるものと考えられる.そこで本研究では,系統プロファイルを利用した,代謝ネットワークからのサブネットワーク抽出手法を提案する.系統プロファイルとは,タンパク質の生物種間の分布パターン,すなわち,オーソログの生物種ごとの有無を1と0のビット列で表現したものである.本手法では,ネットワーク中で隣接した反応間の距離を,系統プロファイルの類似度に基づいて定義し,類似度の閾値を設定することで,系統プロファイルの類似した酵素反応から成るサブネットワークを網羅的に抽出する.本手法を代謝反応データベースKEGGに適用し,進化的に保存されている機能単位と考えられるいくつかのサブネットワークが抽出可能であることを確かめた.

这项研究旨在阐明正在构建的途径的基本原理。由于多个底物和产物参与了代谢反应途径中的每个反应，因此它们的结构形成具有分支的极其复杂的网络。但是，实际上，途径是由代谢图（例如糖酵解）根据反应类型进行分类和组织的。人们认为它们是网络的基本结构单元，但是尚不清楚它们在进化过程中实际构成了什么原则以及如何创建整个途径。传统上，新陈代谢图被认为是从细菌到真核生物的广泛保守的。但是，据报道，即使在糖酵解中解释了代谢最中心的部分，也可以根据物种完全不同的酶和反应途径。对于每种途径，使用拥有它们的物种的组合。据说物种之间基因或蛋白质的分布模式的相似性反映了它们的进化和功能关系，这被认为是提取子网的标准。在这项研究中，我们提出了一种使用系统发育特征从代谢网络中提取子网的方法。对于蛋白质的分布模式，即直系同源物的分布模式，系统发育轮廓为1和0。在这种方法中，基于系统发育曲线的相似性定义了网络中相邻反应之间的距离，并将相似性的阈值设置为全面提取系统发育谱的酶反应的子网。该方法应用于代谢反应数据库KEGG，并确认可以提取几种被认为是进化保守的功能单元的子网。