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

基本信息

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

项目摘要

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.

本研究的目的是阐明该途径构建的基本原理。由于代谢反应途径中的每个反应都涉及多种底物和产物，其结构形成一个非常复杂的、有分支的网络，但实际上，途径是分类和划分的。根据反应类型和代谢图（例如糖酵解）进行组织。它们是网络的基本结构，尽管它被认为是一个单元，目前还不清楚它们在生物化学过程中是如何实际构建的，以及它们如何构成整个途径，传统上认为代谢图谱从细菌到真核生物都广泛保守。糖酵解是新陈代谢的最核心部分，根据物种的不同，使用完全不同的酶和反应途径。对于每种途径，具有该途径的物种的组合。据说物种之间某个基因或蛋白质分布模式的相似性反映了其进化和功能相关性，这是提取子网络的一种方法，因此，在本研究中，我们提出了一种从代谢网络中提取子网络的方法。使用系统发育谱。系统发育谱是蛋白质在物种之间的分布模式，即物种的直向同源物。反应的存在或不存在被表示为1和0的位串。在该方法中，基于系统发育图谱的相似性来定义网络中相邻反应之间的距离，并设置相似性阈值。将这种方法应用于代谢反应数据库KEGG，提取了几个被认为是进化保守的功能单元的子网络，我证实这是可能的。