多種反応系の見せる多階層的挙動の理論的研究

多反应系统多层次行为的理论研究

• 批准号: 12J08104
• 负责人: 上村 淳
• 金额: $ 2.32万
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J08104/
• 关键词: 触媒反応ネットワーク; 栄養律速; 多様性; 分子の少数性; 情報理論; 遺伝子発現

今年度は主に触媒増殖反応ネットワーク系において分子複製に必須な栄養資源が枯渇・競合している状況での振る舞いについて研究を進めた．これまで先行研究において,多種類の分子種がランダムな触媒・基質関係をネットワーク状に構成しながら複製・増殖する化学反応モデルを用いて，確率的でエラーの生じる“いい加減な”化学反応系からいかに化学成分・組成を一定に保持しながら再帰的に増殖できる細胞が生じるかなどが議論されてきた．しかし，そのような分子集団が再帰的に増殖する状況では少数種のみが生き残り、多様な分子組成が失われる傾向があることが知られており、いかに細胞が多様な組成を安定に保持出来るのかという疑問には答えられてこなかった．そのような背景のもと，複製の際に必須な栄養資源を陽に取り入れたモデルを提案し、それらが枯渇・競合した状況では細胞の多様性が転移的に増す振る舞いを見せることを発見した. 各細胞レベルで栄養資源が枯渇すると、より少数の構成分子間の反応経路を選択し成長する領域から、より多くの構成分子間の反応経路を用いて成長する領域へと資源の枯渇具合に応じて転移的に変化することを力学系モデルによって説明し、資源の枯渇具合に応じた分子種の増加の仕方について解析的な結果を導いた。また、細胞間で栄養資源が競合する効果を導入すると、各細胞の構成分子の多様化に加えて、相互に触媒関係を構成する異なる分子種の組から成る細胞（細胞タイプの多様化）が共存し、100世代程度の分裂世代にわたって似た化学分子種構成の細胞が増殖する様子が見られた. この結果は複雑な機構を持ち合わせた化学反応系でなくとも、資源が枯渇・競合した状況下では再帰的な増殖を続けながら多様性を増す様子が普遍的に見られることを示唆する結果である.

This year, the main catalyst for the proliferation of anti-tumor drugs, the system of molecular replication, the need to cultivate resources, the situation of competition, the development of research In this research, a variety of molecular species are involved in the production of catalyst-substrate relationships, the formation of replication-propagation chemical reactions, and the use of accurate chemical reactions. The state of reproduction of molecular clusters is characterized by the tendency of a few species to reproduce, and a tendency of multiple molecular compositions to lose, and the tendency to know, and the tendency of multiple cellular compositions to remain stable. In the background, it is necessary to maintain the resources in order to obtain the proposal, the competition situation, the diversity of the cells and the increase of the vibration. Each cell supports a resource, a small number of components, intermolecular pathway selection and growth, a large number of components, intermolecular pathway selection and growth, a domain of resources, a combination of resources, a transition of resources, a mechanical system, a description of resources, a combination of resources, an increase of molecular species, and a result of analysis. In addition, the diversity of the constituent molecules of each cell is increased, and the catalytic relationship between each other is formed. The molecular species of the cell (the diversity of the cell) is co-cultured, and the generation of the cell is divided into 100 generations. The result is that the chemical reaction system is complex, the resources are poor, the competition is poor, the reproduction is poor, the diversity is poor, and the results are common.

项目成果

Collective behavior in chase and escape

追逐与逃跑中的集体行为

• 发表时间: 2014
• 作者: Atsushi Kamimura;Kunihiko Kaneko;H. Tajima;Atsushi Kamimura
• 通讯作者: Atsushi Kamimura

細胞のふるまいを読み解く時系列に潜む情報量

隐藏在时间序列中以破译细胞行为的信息量

• 发表时间: 2013
• 期刊: 実験医学
• 作者: 小林徹也;上村淳
• 通讯作者: 上村淳

Nonlinear dynamics of information processing in intracellular phenomen

细胞内现象信息处理的非线性动力学

• 发表时间: 2012
• 期刊: Proceedings of 2012 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
• 作者: T. J. Kobayashi;T. Yamada;A. Kamimura
• 通讯作者: A. Kamimura

Competition for a variety of resources results in diversification of cellular components and types

对各种资源的竞争导致细胞成分和类型的多样化

• 发表时间: 2015
• 作者: Atsushi Kamimura;Kunihiko Kaneko
• 通讯作者: Kunihiko Kaneko

触媒反応系の見せる空間構造と排除体積効果

催化反应体系的空间结构和排除体积效应

• 发表时间: 2013
• 作者: Atsushi Kamimura;Kunihiko Kaneko;Hiroyasu Tajima;Hiroyasu Tajima;上村 淳
• 通讯作者: 上村 淳