細胞内中間代謝物の同位体標識情報に基づく代謝制御機能の解析

基于细胞内中间代谢物同位素标记信息的代谢控制功能分析

• 批准号: 08J04722
• 负责人: 戸谷 吉博
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J04722/
• 关键词: ^<13>C代謝流束解析; 回分培養; キャピラリー電気泳動飛行時間型質量分析; 中間代謝物質; 中心炭素代謝経路; 大腸菌遺伝子欠損株; 動的シミュレーション; パラメータチューニング; 代謝流束解析; 同位体標識実験; 大腸菌; CE-TOFMS; ピルビン酸キナーゼ欠損株; グルコース6リン酸イソメラーゼ欠損株

1,代謝流束の時間変化解析とその応用有用物質生産を目的とした代謝工学を行なうには,細胞システムの仕組みを理解することが重要である.^<13>C代謝流束解析は細胞内の代謝物質の流れを明らかにし,その調節メカニズムの推察を可能にする手法である.本研究ではキャピラリー電気泳動飛行時間型質量分析計(CE-TOEMS)を利用して細胞内代謝物質の同位体標識情報を測定することで,これまで解析できなかった回分培養における代謝流束の時間変化を解析した.今年度は特に有用物質生産への応用が考えられる遺伝子欠損株に着目し,欠損に伴う代謝物質の濃度レベルの(時間)変化が代謝流束にどう影響したのか詳細に解析した.また^<13>C代謝流束解析で実験的に求めた結果と代謝流束均衡解析で予測した結果を比較することで,細胞代謝の目的戦略が評価できることを示した.これは本来細胞代謝のモニタリングに過ぎなかった^<13>C代謝流束解析の結果に,生物学的な解釈を与えることができた点でとても重要である.2,同位体標識情報を表現できる動的モデルの開発動的モデルに用いられるパラメータは代謝物質の濃度時系列データに基づいてチューニングされることが多いが,測定可能な物質が限られているためチューニングが難しいことがある.また,測定した代謝物質濃度の"絶対値"は必ずしも信頼性が高くない.そこで,同位体標識情報という"比率"を利用することで,これらの問題の解決を目指した.今年度は,細胞シミュレーションソフトウェアであるE-Cellシステムを使って代謝物質の同位体標識情報の変遷を計算し,実測データに対してパラメータのチューニングを行なうための環境を構築した.またCE-TOFMSを利用して大腸菌の細胞内代謝物質が同位体標識に置き換わる経過を測定した.今後,測定したデータから細胞内におけるパラメータを推定し,試験管内で測定した値と比較する.

1, metabolic flow beam の time - resolving analysis と そ の 応 with useful material production purpose を と し た metabolic engineering line を な う に は, cell シ ス テ ム の blackstone group み を understand す る こ と が important で あ る. ^ < 13 > C analytical は の metabolic substances in the cell metabolic flow beam の flow れ を Ming ら か に し, そ の adjust メ カ ニ ズ ム の may push examine を に す る gimmick で あ る. This study で は キ ャ ピ ラ リ ー type electric 気 swimming time of flight quality analyzer (CE - TOEMS) を using し て intracellular metabolic substances の logo with a body intelligence を determination す る こ と で, こ れ ま で parsing で き な か っ た points back training に お け る beam の time - metabolic flow を parsing し た. Our は に especially useful material production へ の 応 tested え in が ら れ る heritage 伝 son owe damage strain に mesh し, owe loss に with う metabolic substances の concentration レ ベ ル の (time) - metabolic flow が beam に ど う influence し た の か detailed analytical し に た. ま た ^ < 13 > C metabolic flow beam analytic で be 験 に ask め た result analytical で と metabolic flow balance beam to measure し た を comparison results す る こ と で, cell metabolism の purpose 戦 slightly が review 価 で き る こ と を shown し た. こ れ は original cell metabolism の モ ニ タ リ ン グ に too ぎ な か っ た ^ < 13 > C metabolic flow analytical results の に beam, the biology of な solution 釈 を and え る こ と が で き た point で と て も important で あ る. 2, with a body logo intelligence を performance で き る moving モ デ ル の 発 still open The モ デ ル に with い ら れ る パ ラ メ ー タ は metabolism matter の concentration series デ ー タ に base づ い て チ ュ ー ニ ン グ さ れ る こ と が more い が, determination may な material が limits ら れ て い る た め チ ュ ー ニ ン グ が difficult し い こ と が あ る. ま た, determination of し の た metabolism matter concentration "unique numerical seaborne" は will ず し も letter 頼 が high く な い. そ こ で, with Bit identification information と う う" ratio "を utilizes する とで とで, <s:1> れら <s:1> problem <s:1> to solve を aims at た た. Our は, Cell シ ミ ュ レ ー シ ョ ン ソ フ ト ウ ェ ア で あ る E - Cell シ ス テ ム を make っ て metabolic substances の logo with a body intelligence の - moving を し calculation, be measured デ ー タ に し seaborne て パ ラ メ ー タ の チ ュ ー ニ ン グ を line な う た め の environment を construct し た. ま た CE - TOFMS を using し て coliform の metabolic substances in the Cell The が isoform identifier に is replaced by わる and then passed through を for determination of <s:1> た. In the future, determination of し た デ ー タ か ら intracellular に お け る パ ラ メ ー タ を presumption し, determination of test tube で し た numerical と compare す る.

项目成果

13C-Metabolic Flux Analysis for Batch Culture of Escherichia coli and Its pyk and pgi Gene Knockout Mutants Based on Mass Isotopomer Distribution of Intracellular Metabolites

• DOI: 10.1002/btpr.420
• 发表时间: 2010-07-01
• 期刊: BIOTECHNOLOGY PROGRESS
• 影响因子: 2.9
• 作者: Toya, Yoshihiro;Ishii, Nobuyoshi;Shimizu, Kazuyuki
• 通讯作者: Shimizu, Kazuyuki

細胞のエネルギー代謝(解糖系, クエン酸回路, 電子伝達系)

细胞能量代谢（糖酵解、柠檬酸循环、电子传递链）

• 发表时间: 2009
• 期刊: 化学と教育 57
• 作者: Tsubasa Kimata;Atsushi Kuhara;Yoshinori Tanizawa;Ikue Mori;戸谷吉博;Kenji Nakahigashi;戸谷吉博
• 通讯作者: 戸谷吉博

CE-TOFMSを利用した^<13>C代謝流束解析と回分培養での代謝の時間変化解析

^<13>C代谢通量分析使用CE-TOFMS和分批培养中代谢的时间变化分析

• 发表时间: 2009
• 作者: Tsubasa Kimata;Atsushi Kuhara;Yoshinori Tanizawa;Ikue Mori;戸谷吉博;Kenji Nakahigashi;戸谷吉博;戸谷吉博;戸谷吉博
• 通讯作者: 戸谷吉博

微生物代謝のシステムバイオロジー オミックス解析からシミュレーションへ

微生物代谢的系统生物学：从组学分析到模拟

• 发表时间: 2008
• 期刊: バイオインダストリー 25
• 作者: Tsubasa Kimata;Atsushi Kuhara;Yoshinori Tanizawa;Ikue Mori;戸谷吉博;Kenji Nakahigashi;戸谷吉博;戸谷吉博
• 通讯作者: 戸谷吉博

CE-TOFMSを利用した^<13>C代謝流束解析の回分培養への応用

使用CE-TOFMS将^ 13 C代谢通量分析应用于分批培养

• 发表时间: 2008
• 作者: Tsubasa Kimata;Atsushi Kuhara;Yoshinori Tanizawa;Ikue Mori;戸谷吉博;Kenji Nakahigashi;戸谷吉博;戸谷吉博;戸谷吉博;戸谷吉博
• 通讯作者: 戸谷吉博