シグナル伝達の時間パターンから解明するリガンド選択的な遺伝子発現機構

从信号转导的时间模式阐明配体选择性基因表达机制

• 批准号: 14J12344
• 负责人: 土屋 貴穂
• 金额: $ 2.05万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J12344/
• 关键词: cell differentiation; ERK; gene expression; system identification; compressed sensing; signal recovery; different time-scale; システム生物学; 実験・計測とモデル化; システム同定; データドリブンモデリング; 細胞運命決定機構; シグナル伝達; Immediate Early Genes

細胞は、上流における数十分スケールのシグナル伝達活性から下流において数時間から数日スケールの遺伝子発現の誘導へと上流の情報をデコード処理しており、分化や増殖などの細胞運命を制御している。しかしながら、そのような時間スケールの異なるシステムを同定する手法は提案されていなかった。そこで、圧縮センシングという工学で画像修復や超解像に広く用いられているスパースなデータから信号の修復を行いながら信号処理する技術を応用することで、時間スケールの異なる時系列データからでも欠損しているデータを信号修復しながらシステム同定を行った。本研究においては神経分化の研究に用いられているPC12細胞を用い、ERKとCREBリン酸化および、初期応答遺伝子Immediate Early Genes産物、PC12細胞において表現型である神経突起身長と相関があるデコーダー遺伝子のmRNA発現のスパースな時系列データを計測した。これらスパースな時系列データをもとにシステム同定を行い、経路未知であったこれら分子間のネットワーク推定を行った。さらに、システム同定に用いた数理モデルからは応答の感度特性とどの程度信号が効率よく伝わっているかというゲイン特性、どの程度応答が遅れるかという指標になる時定数を定量した。同定したシステムは薬剤による摂動実験によって検証することができ、時間スケールが異なってスパースな時系列データしか計測できない系においてもシステム同定を行うことのできる手法を開発することができた。

Cell は, high-class に お け る scores points ス ケ ー ル の シ グ ナ ル 伝 of active か ら obscene に お い て several time か ら days ス ケ ー ル の posthumous son 伝 発 is の induced へ と upper の intelligence を デ コ ー ド 処 Richard し て お り, differentiation や raised colonization な ど の cells luck を suppression し て い る. し か し な が ら, そ の よ う な time ス ケ ー ル の different な る シ ス テ ム を with fixed す る technique proposed は さ れ て い な か っ た. そ こ で, 圧 shrinkage セ ン シ ン グ と い う engineering で portrait repair や super resolution に hiroo く with い ら れ て い る ス パ ー ス な デ ー タ か ら signal line の repair を い な が ら signal 処 Richard す る technology を 応 with す る こ と で, time ス ケ ー ル の different な る series when デ ー タ か ら で も owe loss し て い る デ ー タ を signal restoration し な が ら シ ス テ ム っ set を row Youdaoplaceholder0. This study に お い て は の 経 differentiation research に god use い ら れ て い る PC12 cells を い, ERK と after CREB リ ン acidification お よ び, initial 応 a heritage 伝 child Immediate Early Genes product, PC12 cells に お い て phenotype で あ る protrusion length god 経 と phase masato が あ る デ コ ー ダ ー heritage 伝 son の mRNA 発 is の ス パ ー ス な series when デ ー タ を measuring し た. When こ れ ら ス パ ー ス な series デ ー タ を も と に シ ス テ ム い set を row, 経 road unknown で あ っ た こ れ ら intermolecular の ネ ッ ト ワ ー ク presumption を line っ た. さ ら に, シ ス テ ム with fixed に い た mathematical モ デ ル か ら は 応 answer の sensitivity features と ど の degree signal が sharper rate よ く 伝 わ っ て い る か と い う ゲ イ ン characteristics, ど の degree 応 answer が 遅 れ る か と い う index に な る when destiny を quantitative し た. With fixed し た シ ス テ ム は 薬 tonic に よ る, still be 験 に よ っ て 検 card す る こ と が で き, time ス ケ ー ル が different な っ て ス パ ー ス な series when デ ー タ し か measuring で き な い department に お い て も シ ス テ ム with fixed line を う こ と の で き る gimmick を open 発 す る こ と が で き た.

项目成果

Time-Series Data-Driven Modeling approach for Temporal Decoding of Cellular Signal Transduction in differentiation of PC12 cells

PC12 细胞分化过程中细胞信号转导的时间序列数据驱动建模方法

• 发表时间: 2014
• 作者: Tsuchiya;T.;Kudo;T.;Uda;S.;Wada;T.;Karasawa;Y.;Fujii;M.;Saito;T. H.;and Kuroda;S.
• 通讯作者: S.

Robustness of MEK-ERK Dynamics and Origins of Cell-to-Cell Variability in MAPK Signaling.

• DOI: 10.1016/j.celrep.2016.05.024
• 发表时间: 2016-06-14
• 期刊: Cell reports
• 影响因子: 8.8
• 作者: Filippi S;Barnes CP;Kirk PD;Kudo T;Kunida K;McMahon SS;Tsuchiya T;Wada T;Kuroda S;Stumpf MP
• 通讯作者: Stumpf MP

Time-Series Data-Driven Modeling approach for Cellular Signal Transduction in differentiation of PC12 cells

PC12 细胞分化过程中细胞信号转导的时间序列数据驱动建模方法

• 发表时间: 2014
• 作者: Tsuchiya;T.;Kudo;T.;Uda;S.;Wada;T.;Karasawa;Y.;Fujii;M.;Saito;T. H.;and Kuroda;S.
• 通讯作者: S.

信号修復とデータドリブンモデルから解明するPC12細胞の神経分化誘導における シグナル伝達のデコーディングメカニズム

信号修复和数据驱动模型阐明PC12细胞神经分化诱导中信号转导的解码机制

• 发表时间: 2015
• 作者: Filippi;S.;Barnes;C. P.;Kirk;P. D. W.;Kudo;T.;Kunida;K.;McMahon;S. S.;Tsuchiya;T.;Wada;T.;Kuroda;S.;and Stumpf;M. P. H.;長谷川 豊;土屋貴穂, 国田勝行, 宇田新介, 工藤隆将, 唐沢康暉, 黒田真也;長谷川 豊・伊藤 万記夫;土屋貴穂, 国田勝行, 藤井雅史, 工藤隆将, 唐沢康暉, 宇田新介, 小西克巳, 黒田真也
• 通讯作者: 土屋貴穂, 国田勝行, 藤井雅史, 工藤隆将, 唐沢康暉, 宇田新介, 小西克巳, 黒田真也

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