概日時計入出力系の分子ネットワークモデル

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概日時計は、劇的に変動する環境にあっても壊れない頑丈さと、重要な環境変化には応答するしなやかさを兼ね備えている。本研究は、この一見矛盾する2つの特性を創発するシステムの動作原理に、数理解析と検証実験の双方からせまる。本年度は次の3項目に集中して取り組んだ。明暗サイクルに対する概日リズム同調の数理モデル:光の情報は、細胞内で遺伝子とタンパク質の活性に変換される。カビやヒトなどでは、光が特定の遺伝子の活性化を引き起こす。この光応答様式を組み込んだ数理モデルを構築し、昼夜サイクルへの同調メカニズムを調べた。そして、明から暗への変化が同調に対して抑制的に働くことを発見した。以上の結果をとりまとめ論文を執筆した。現在、投稿準備中。概日周期ならびに細胞周期遺伝子の発現プロファイルの解析:哺乳類細胞のDNAチップダーク(三菱化学生命科学研の程肇主任研究員提供)の統計解析と、数理モデルの解析を組み合わせ、摂動実験に対する応答から環境同調に重要な分子ネットワークを推定する。本年度は、チップデータ解析により、既知の概日時計関連遺伝子と逆方向に応答する遺伝子群(細胞周期に関与すると示唆される遺伝子を含む)を発見した。一方で、数理モデルの解析を行って、培養細胞の実験結果は分子ネットワークの階層性によって説明できることを見いだした。来年度は理論仮説を検証する実験を実施する。再構成的アプローチによる生体振動の理論実験:これまでの研究で、振動に直接関与しないとされる遺伝子を組み合わせたキメラ遺伝子を培養細胞に遺伝子導入し、2〜4時間の振動を観察することに成功している(九大の松本顕助教・早大の岩崎秀雄准教授と共同)。本年度は振動の発振機構ならびに環境同調体制を細胞レベルで詳細に調べるため、細胞の培養条件やCCDカメラの観察条件の検討をおこなって一細胞発光モニタリング系を構築した。