多段階適応反応による、新しい記憶機構に関する研究

使用多级自适应响应的新记忆机制研究

基本信息

批准号：
07J07030
负责人：
井上雅世
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J07030/
关键词：
適応反応シグナル伝達系理論生物学時間スケール記憶走化性

项目摘要

まず、適応を示すモデル反応素子の結合系が外部刺激に対して示す振舞について調べた。このモデルは相互作用ネットワーク構造に応じて、全素子が完全に適応した状態、元の適応反応と同じ時間スケールでの振動、非周期運動、さらに元の適応反応とは異なる時間スケールをもつ振舞として、興奮だけを繰り返す速い振動、緩和の時間スケールよりも1桁以上大きい時間スケールでの遅い周期運動を示した。これは研究目的の1つである「適応反応が積み重なることで時間スケールの干渉が起き、長時間スケールの応答が生じる機構の研究」に合致するものである。ここでの結果は、生体内反応でみられる、多様な時間スケールをもつ応答を生み出すメカニズムの1つを与えるものである。また、これらの振舞は相互作用ネットワーク構造内のフラストレーション構造により分類できる事を示した。特に、大きく異なる時間スケールをもつ2つの運動は同一ネットワーク上に共存していること。それらは興奮と緩和の時間スケール比が無限大となる極限において、断熱近似をみたす場合(遅い周期運動)と破れる場合(速い振動)に対応していることを示した。さらに、大自由度力学系の中で適応応答が実現される仕組みについて理解するため、大自由度の遺伝子発現制御モデルにおいてターゲット遺伝子の適応応答が進化を通して獲得される過程について考察した。各遺伝子は他遺伝子からの相互作用入力に応じて発現し、一部の遺伝子に加えられた外部入力が相互作用を介して伝搬しターゲット遺伝子の応答を制御する。ここでは1個のターゲット遺伝子の応答のみに条件(適応応答)を課して進化させたにも関わらず、他の遺伝子も同様に適応応答を獲得していく様子が観察された(協同的適応応答)。この様な協同的な適応応答は酵母のストレス応答においても観察されており、多種のストレスに対する応答性を高める役割があると考えられている。

首先，我们研究了模型反应元件的结合系统表现出与外部刺激的行为。该模型显示出快速振动，仅重复兴奋，并且在所有元素的时间尺度上缓慢的循环运动，与原始自适应反应相同的时间尺度上的振动，非周期性运动以及与原始自适应反应不同时间尺度不同的行为，以及比宽度时间尺度更大的时间尺度的慢速循环运动。这与研究目的之一是一致的：“由于自适应反应的积累和长期反应的积累，对时间尺度干扰发生的机制进行了研究。”这里的结果提供了一种机制之一，该机制具有在体内反应中看到的不同时间尺度的反应。这也表明，这些行为可以通过交互网络结构中的挫败结构进行分类。特别是，在同一网络上共存的两个具有非常不同时间尺度的运动。他们表明，在极限上，激发和放松的时间尺度是无限的，它们对应于看到绝热近似（缓慢的循环运动）及其破裂的情况（快速振动）的情况。此外，为了理解在很大程度的自由动力系统中如何实现自适应反应，我们讨论了通过在很大程度的自由基因表达控制模型中通过进化获得靶基因的自适应响应的过程。每个基因都响应于其他基因的相互作用输入而表达，并且外部输入添加到某些基因中通过相互作用传播，从而控制了靶基因的响应。在这里，尽管仅对一个靶基因的响应施加了条件（自适应反应）并观察到进化，但其他基因也获得了自适应反应（合作自适应反应）。在酵母的压力反应中也观察到了这种合作的自适应反应，并被认为具有增加对各种应激的反应的作用。