Information coding based in cell-to-cell variability

研究代表者らの1細胞レベルで情報理論の解析により、細胞間の不均一性は逆に情報として利用され組織の正確な応答制御を可能としていることが明らかとなった(1細胞レベルの情報コード)。一方、組織内では同じ細胞であっても局在に応じて異なった応答を示す(ゾネーション)。例えば、肝臓では、門脈から中心静脈へ至る順に空間的に3つの機能的ゾーンに区分けされ、門脈周囲ではグルコース合成が、中心静脈周囲では解糖系が主要な細胞応答である。このような組織内局在による応答の違いは空間的細胞間不均一性とみなすことができるが、その不均一性や空間的配置が情報伝達の正確性にどのように寄与するのかは不明である。本研究では、これまで別々に解析されてきた１細胞レベルの情報コードと、ゾネーションを組み合わせることにより、ゾネーションによる細胞間不均一性を利用した情報処理の最適性を明らかにする。本年度は、トランスオミクスネットワークの入出力データセットとして、飢餓時の時系列データを取得した。このデータにより入力と出力のデータが取得できた。野生型マウスと肥満モデルマウス（ob/obマウス）について、自由摂食状態から飢餓処理を行い、0, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24時間後の肝臓をサンプリングした。サンプリングした肝臓から、メタボローム、リピドーム、プロテオーム、リン酸化プロテオーム、トランスクリプトームの計測を行った。その結果、飢餓時マウスのメタボロームは多彩な変動を示した。このような変化は他の階層でも計測されており、現在各階層のデータを説明する特徴量を抽出し、それらを用いてデータの説明を試みている。また、タンパク質間相互作用も組み込んだトランスオミクスネットワークの構築手法の開発に成功した。

研究代表者らの1細胞レベルで情報理論の解析により、細胞間の不均一性は逆に情報として利用され組織の正確な応答制御を可能としていることが明らかとなった(1細胞レベルの情報コード)。一方、組織内では同じ細胞であっても局在に応じて異なった応答を示す(ゾネーション)。例えば、肝臓では、門脈から中心静脈へ至る順に空間的に3つの機能的ゾーンに区分けされ、門脈周囲ではグルコース合成が、中心静脈周囲では解糖系が主要な細胞応答である。このような組織内局在による応答の違いは空間的細胞間不均一性とみなすことができるが、その不均一性や空間的配置が情報伝達の正確性にどのように寄与するのかは不明である。本研究では、これまで別々に解析されてきた１細胞レベルの情報コードと、ゾネーションを組み合わせることにより、ゾネーションによる細胞間不均一性を利用した情報処理の最適性を明らかにする。本年度は、トランスオミクスネットワークの入出力データセットとして、飢餓時の時系列データを取得した。このデータにより入力と出力のデータが取得できた。野生型マウスと肥満モデルマウス（ob/obマウス）について、自由摂食状態から飢餓処理を行い、0, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24時間後の肝臓をサンプリングした。サンプリングした肝臓から、メタボローム、リピドーム、プロテオーム、リン酸化プロテオーム、トランスクリプトームの計測を行った。その結果、飢餓時マウスのメタボロームは多彩な変動を示した。このような変化は他の階層でも計測されており、現在各階層のデータを説明する特徴量を抽出し、それらを用いてデータの説明を試みている。また、タンパク質間相互作用も組み込んだトランスオミクスネットワークの構築手法の開発に成功した。