遺伝子制御ネットワークの動的挙動の解明:制御論的理論解析と実験による検証

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本研究は、遺伝子制御ネットワークの動的挙動の解明を目指した理論体系化と実験系構築に向けた基礎的研究であり、「非線形フィードック制御論に基づく系統的理論解析手法の提案」と「実験環境を望み通りに調整可能な単純モデルによる実験的検証」からなる。理論解析とその実験による検証を有機的に結びつけ研究目的を達成するために、研究テーマを大きく「理論解析」、「モデル化」、「検証実験」の3つに分けて行っている。それぞれに対する本年度の研究成果は、以下の通りである。(1)理論解析:「一般化周波数変数を持つ動的システムモデル」に基づいて、非線形遺伝子制御ネットワークの平衡点周りのロバスト安定性解析を行い、それを支配する重要な生物学的パラメータを抽出し、定性的性質を明らかにした。また、その周期現象発現を解析し、そのプロファイルと生物学的パラメータとの関係を明らかにした。(2)モデル化:実験データから画像処理の前処理を経て、単一細胞の動的モデルを構築するパラメータ同定法について検討した。(3)検証実験:バクテリアの各種リプレッサー蛋白質と蛍光蛋白質の融合タンパク質発現遺伝子の安定発現株を確立し、転写活性制御と蛋白質分解速度の制御のための実験系を用いて、転写活性、タンパク質分解速度と遺伝子産物蓄積量の平均値とそのゆらぎ量を計測する実験を試みた。しかし、検証のレベルには至らなかった。