化学反応のゆらぎと協同現象としての細胞現象の理論生物物理

化学反应波动和细胞现象作为协同现象的理论生物物理学

基本信息

批准号：
16770118
负责人：
柴田達夫
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

これまで,シグナル伝達系における反応ゆらぎとシグナル増幅の関係に関する研究を進めてきた。その結果は,gain-fluctuation relationとしてまとめることが出来た。本年度はその結果を,細胞性粘菌の走化性シグナル伝達系に適用した。細胞性粘菌は,cAMPの濃度勾配を感じて,濃度の高い方へ向かって運動をする(走化性)。細胞の走化性の正確さを調べた実験によると,それは濃度勾配の大きさや,濃度の絶対値に依存していた。走化性の正確さはcAMPの濃度とともに上昇し,ある濃度で最大値を示し,さらにcAMPの濃度が上昇すると,正確さは逆に減少する。その結果を定量的に説明するために,走化性シグナル伝達系のシグナルとノイズの比,SN比を数理的求めた。実際のパラメータを代入すると,それは実験結果と見事に一致した。このことから,細胞の振る舞いには確かにシグナル伝達系における反応のノイズとその伝搬を考慮に入れる必要があることを示している。この理論を用いると,レセプターの数などのさまざまな生化学パラメータが変化したときに走化性の正確さがどのように変化するかを予言することが出来る。従って,ある変異株で走化性の効率が野生株に比較して変化したときに,どの生化学パラメータに変化があったのかを予測することが出来る。

到目前为止，我们一直在研究信号转导系统中反应波动与信号放大之间的关系。结果可以概括为增益-波动关系。今年，我们将研究结果应用到网网柄菌的趋化信号转导系统中。盘基网柄菌感知 cAMP 浓度梯度并朝较高浓度移动（趋化性）。检查细胞趋化性准确性的实验表明，它取决于浓度梯度的大小和浓度的绝对值。趋化准确度随着cAMP浓度的增加而增加，在一定浓度下达到最大值，并且随着cAMP浓度的进一步增加，准确度降低。为了定量解释结果，我们用数学方法计算了趋化信号转导系统的信噪比，SN比。代入实际参数，与实验结果吻合较好。这表明在考虑细胞行为时有必要考虑反应噪声及其在信号转导系统中的传播。利用这一理论，可以预测当各种生化参数（例如受体数量）发生变化时，趋化性的准确性将如何变化。因此，当突变株与野生株相比趋化效率发生变化时，可以预测哪些生化参数发生了变化。