遺伝子制御ネットワークの動的挙動の解明:制御論的理論解析と実験による検証

阐明基因调控网络的动态行为：控制理论分析和实验验证

基本信息

批准号：
21656106
负责人：
原辰次
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、遺伝子制御ネットワークの動的挙動の解明を目指した理論体系化と実験系構築に向けた基礎的研究であり、「非線形フィードック制御論に基づく系統的理論解析手法の提案」と「実験環境を望み通りに調整可能な単純モデルによる実験的検証」からなる。理論解析とその実験による検証を有機的に結びつけ研究目的を達成するために、研究テーマを大きく「理論解析」、「モデル化」、「検証実験」の3つに分けて行っている。それぞれに対する本年度の研究成果は、以下の通りである。(1)理論解析:「一般化周波数変数を持つ動的システムモデル」に基づいて、非線形遺伝子制御ネットワークの平衡点周りのロバスト安定性解析を行い、それを支配する重要な生物学的パラメータを抽出し、定性的性質を明らかにした。また、その周期現象発現を解析し、そのプロファイルと生物学的パラメータとの関係を明らかにした。(2)モデル化:実験データから画像処理の前処理を経て、単一細胞の動的モデルを構築するパラメータ同定法について検討した。(3)検証実験:バクテリアの各種リプレッサー蛋白質と蛍光蛋白質の融合タンパク質発現遺伝子の安定発現株を確立し、転写活性制御と蛋白質分解速度の制御のための実験系を用いて、転写活性、タンパク質分解速度と遺伝子産物蓄積量の平均値とそのゆらぎ量を計測する実験を試みた。しかし、検証のレベルには至らなかった。

这项研究是基础研究，旨在系统化理论并构建旨在阐明基因调控网络动态行为的实验系统，它包括“使用允许根据需要调整实验环境的简单模型进行实验验证”。为了将理论分析和实验验证有机地结合起来实现我们的研究目标，我们将研究主题分为三大类：“理论分析”、“建模”和“验证实验”。今年各项研究结果如下。（1）理论分析：基于“广义频率变量的动态系统模型”，围绕非线性基因调控网络的平衡点进行鲁棒稳定性分析，提取控制其的重要生物学参数并阐明其定性特性。我们还分析了周期性现象并阐明了其轮廓与生物参数之间的关系。 (2)建模：我们研究了一种参数识别方法，该方法通过图像处理的预处理从实验数据构建单细胞的动态模型。 (3)验证实验：建立各种阻遏蛋白和荧光蛋白的细菌融合蛋白表达基因的稳定表达菌株，并使用实验系统来控制转录活性和蛋白质降解率，我们尝试了测量平均值和蛋白降解率的实验。分解速率和基因产物积累量的波动。但还没有达到验证的程度。