数理モデルを用いた人工遺伝子ネットワークの解析と設計・医療への応用に関する研究

利用数学模型分析和设计人工基因网络及医学应用研究

• 批准号: 02J08703
• 负责人: 小林 徹也
• 金额: $ 2.24万
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J08703/
• 关键词: 細胞内化学反応; ゆらぎ; 人工遺伝子ネットワーク; システムバイオロジー; 遺伝子ネットワーク; 揺らぎ; 確率性; 力学系; 数理モデル; 微分方程式; 遺伝子発現

前年度の研究結果を引き継ぎ、ネットワークの正確な挙動予測と信頼性の高い設計方法の確立に向け、分子の少数性に起因する細胞内化学反応のゆらぎを解析するための新しい数理的な手法の開発を行った。まず、前年度において発展させた確率ネットワーク解析の手法をさらに発展させ、手法をより数学的に完全な形での定式化し、その汎用性および厳密性を確立した。また、確率ネットワーク解析と深く関連するリアプノフ方程式を用いて、化学反応の化学量論的特性に注目した細胞内化学反応のゆらぎの解析を共同研究で行い、Journal of Theoretical Biologyに発表を行っている。さらに、このリアプノフ方程式に基づく手法を用いて、遺伝子発現における揺らぎが抑制されるメカニズムを解析し、そしてその機能的限界を共同研究において明らかにした。そして、この結果を元に人工遺伝子ネットワークにおけるゆらぎの効果的な抑制方法とその限界の提案を行っている。この結果はJournal of Theoretical Biologyへの掲載が決定している。これらの知見を包括した理論的結果を書籍"<一分子>生物学"(岩波書店、合原一幸・岡田康志編)および、また日本バイオインフォマテイクス学会第4回生物情報ネットワーク研究会招待講演(2004年12月16日、小林徹也・合原一幸、細胞内反応ネットワークにおける揺らぎの数理解析)において発表している。一方、確率ネットワーク解析の手法の改良と平行して、細胞内化学反応のゆらぎを評価するための新しい手法として、細胞増殖を含んだ非線形マスター方程式の提案とその解析も行い、その結果を国際会議50th NIBB Conference(2005/2/8-2/10、愛知県東岡崎市岡崎カンファレンスセンター)にて口頭発表している。

The results of the previous year's research have led to the development of new mathematical methods for the analysis of intracellular chemical reactions and the establishment of accurate kinetic prediction and high reliability design methods for molecular minority causes. In the past year, the accuracy of analytical methods has been developed, and the mathematical formalization, universality and confidentiality have been established. The analysis of intracellular chemical reactions is studied jointly by the Journal of Theoretical Biology. In this paper, the basic method of the equation is studied, and the function of the equation is studied together. The result of this study is that the artificial genetic algorithm is proposed to suppress the effects of genetic algorithm and limit genetic algorithm. The results were published in Journal of Theoretical Biology. The book "Biology"(edited by Iwawa Bookstore, Kazuki Akihara and Yasushi Okada), which contains the results of the theory of biological information, was presented at the 4th Bioinformatics Research Conference of Japan Institute of Science and Technology (December 16, 2004, Toruya Kobayashi, Kazuki Akihara and Mathematical Analysis of Intracellular Antibodies). A new analytical method for improving the analytical method of the method of accurate production, parallel production, evaluation of intracellular chemical reactions, and proposal of nonlinear equations for cell growth were presented orally at the 50th NIBB Conference(February 8-February 10, 2005, Okazaki City, Aichi).

项目成果

Tetsuya Kobayashi: "Modeling genetic switches with positive feedback loops"Journal of Theoretical Biology. Vol.221 Issue3. 379-399 (2003)

Tetsuya Kobayashi：“用正反馈环模拟基因开关”理论生物学杂志。

Multivariate analysis of noise in genetic regulatory networks.

• DOI: 10.1016/j.jtbi.2004.04.034
• 发表时间: 2004-08
• 期刊: Journal of theoretical biology
• 影响因子: 2
• 作者: Ryota Tomioka;H. Kimura;Tetsuya J Kobayashi;K. Aihara

冨岡亮太, 小林徹也, 合原一幸, 木村英紀: "遺伝子発現の揺らぎの確率・ネットワーク解析 ロバストな遺伝子ネットワークの設計原理を目指して"数理科学. 489. 31-37 (2004)

Ryota Tomioka、Tetsuya Kobayashi、Kazuyuki Aihara、Hideki Kimura：“基因表达波动的概率和网络分析。以稳健基因网络的设计原则为目标”《数学科学》489. 31-37 (2004)。

細胞内ネットワークの確率的ゆらぎとその数理的解析

细胞内网络的随机波动及其数学分析

• 发表时间: 2004
• 期刊: <一分子>生物学(合原一幸・岡田康志編)(岩波書店)
• 作者: 小林徹也;森下喜弘;冨岡亮太;合原一幸
• 通讯作者: 合原一幸

Dynamics of gene regulatory networks with cell division cycle.

• DOI: 10.1103/physreve.70.011909
• 发表时间: 2004-07
• 期刊: Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics
• 作者: Luonan Chen;Ruiqi Wang;Tetsuya J. Kobayashi;K. Aihara