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，我们研究了模型响应元素耦合系统的行为，该系统表现出对外部刺激的响应适应性。根据交互网络结构的不同，该模型可以解释为所有元素都完全适应的状态、与原始自适应反应相同时间尺度的振荡、非周期运动以及与原始自适应反应不同时间尺度的行为，显示仅重复激励的快速振荡，以及比弛豫时间尺度大一个数量级的时间尺度上的缓慢周期性运动。这符合研究目标之一，“研究由于自适应响应的积累而发生时间尺度干扰，从而导致长时间尺度响应的机制。”这里的结果提供了一种在生物反应中观察到的不同时间尺度产生反应的机制。我们还表明，这些行为可以根据交互网络结构中的挫败结构进行分类。特别是，时间尺度截然不同的两种运动同时存在于同一网络上。他们表明，在激发和弛豫的时间尺度比无限大的极限下，存在满足绝热近似的情况（慢周期运动）和违反绝热近似的情况（快速振荡）。此外，为了理解大自由度动力系统中实现自适应响应的机制，我们考虑了大自由度基因表达控制模型中目标基因通过进化获得自适应响应的过程。每个基因都根据来自其他基因的相互作用输入进行表达，施加到某些基因的外部输入通过相互作用传播并控制目标基因的响应。在这里，虽然我们只对一个目标基因的反应施加了条件（适应性反应）并使其进化，但我们观察到其他基因也同样获得了适应性反应（合作适应）。在酵母的应激反应中也观察到了这种协同适应性反应，并且被认为在增强对各种应激的反应能力方面发挥了作用。