シグナル伝達ネットワークの力学系的特性とその進化の理解

了解信号转导网络的动态特性及其演化

• 批准号: 14F04811
• 负责人: 金子 邦彦
• 金额: $ 0.96万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F04811/
• 关键词: シグナル伝達系; ロバストネス; 力学系; 応答; 敏感性; MAPキナーゼ

次の２点を中心に研究を進めた。まず、これまでに提案した動的ロバストネスについては、その条件をパラメタのくりこみとして定式化し、上流での変化がシールドされる仕組みを明らかにした。これによりモデルの詳細によらない形での動的ロバストネスの表現をおこなった。またシグナル伝達系のいくつかのモデルで、この現象が一般に生じることを示した。それらをふまえて投稿していた論文の改訂をおこなった。この論文は現在PLoSComputationalBiology誌に、動的ロバストネスの第一段として出版された。次に、シグナル伝達系の刺激への応答に関して その緩和過程が、単純な指数関数でなく、途中でほぼ変化しないプラトー領域が生じることを昨年度までに見出していたが、そのメカニズムを力学系理論で明らかにした。これは力学系でのヌルクラインが漸近するために軌道がその近辺で動きにきくなる、ということで理解された。これにより反応系がどのような条件をみたせば、こうした遅い緩和が生じるかを明らかにした。一方で、シグナル伝達系は直列、並列な反応ネットワークをも含むので、これまでに調べた基本ネットワーク・モチーフを組み合わせたシミュレーションを進めて、段階的に緩和プラトーが生じる例を構築した。この仕組みを用いれば、遅いプロセスとして、長期の状態保持がつくられ、それは細胞の動的記憶過程とも関係するので、生物学的意義も議論した。以上、シグナル伝達ネットワークでの動的過程に関して、緩和過程自体のロバストネスと緩和プラトーという概念を提唱し、力学系解析により敷衍化を行い、今後の生物系への応用の基盤を与えた。

该研究的重点是以下两个点：首先，关于迄今为止提出的动态鲁棒性，将条件作为参数重新归一化，并阐明了屏蔽上游变化的机制。这使我们能够以不基于模型细节的方式表达动态鲁棒性。还已经表明，这种现象通常发生在几种信号系统模型中。基于这些原因，已提交的论文进行了修订。本文现在发表在《 PlosComputation Biology》杂志上，作为动态鲁棒性的第一阶段。接下来，直到去年，我们发现信号系统的放松过程并不是一个简单的指数功能，而是一个几乎不会沿途变化的高原区域，并且通过动力学理论阐明了这一过程的机制。这被理解为机械系统中的nulklines，渐近地导致轨道在它们附近变得更加动。这揭示了应检查反应系统的条件，以引起这种缓慢的放松。另一方面，由于信号系统还包括串行和平行反应网络，因此我们进行了模拟，结合了我们迄今为止研究的基本网络图案，我们已经构建了一个逐渐放松高原的示例。使用这种机制，可以将长期保留作为一个缓慢的过程创建，这也与细胞的动态记忆过程有关，因此还讨论了生物学意义。以上提出了放松过程本身在信号网络中的动态过程的鲁棒性和放松平台的概念，并通过动态系统分析扩展，为生物系统中的未来应用提供了基础。

项目成果

Duration Robustness of Linear Signaling Cascades

线性信号级联的持续时间鲁棒性

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Goigoux;…;S. Nishimura et al.;Gabor Kiss;Gabor Kiss;G.G. Kiss;G.G. Kiss;G.G. Kiss;J.T.Young, T.S.Hatakeyama, K. Kaneko;J.T. Young
• 通讯作者: J.T. Young

Properties of Linear Signaling Cascades and Their Properties

线性信号级联的特性及其特性

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Goigoux;…;S. Nishimura et al.;Gabor Kiss;Gabor Kiss;G.G. Kiss;G.G. Kiss;G.G. Kiss;J.T.Young, T.S.Hatakeyama, K. Kaneko;J.T. Young;J.T. Young
• 通讯作者: J.T. Young