大規模代謝反応ネットワークシステムの解析法の開発とその応用

大规模代谢反应网络系统分析方法开发及其应用

• 批准号: 17J04007
• 负责人: 桑門 温子
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J04007/
• 关键词: 代謝反応ネットワーク; 感度解析; BST; ネットワークチャート; 求根法

申請者は、前年度に開発した大規模代謝ネットワーク解析法とソフトウェアを完成させ、実際の細胞内代謝反応ネットワークシステムへ応用することを目的として、以下の4つの課題に取り組んだ。第1の課題では、開発中の超高精度定常状態感度計算ソフトウェアiCOSMOSを完成するとともに、細胞内代謝反応ネットワークに適用し、定常状態感度解析を行った。このとき、iCOSMOSの計算精度と計算時間を評価するとともに、任意に作成した1000もの代謝物を含む直鎖状大規模代謝反応モデルに対しても、本ソフトが適用可能であることを確認した。第2の課題では、iCOSMOSで計算される定常状態感度値等から、ネットワーク図を自動で描画するネットワークチャート作成ソフトウェアを完成させた。このとき、阻害反応などの影響もネットワーク図に示すことで、ネットワーク上での代謝物の流れを確認しながら、感度値の増減の理由を考察することが容易になった。第3の課題では、本ソフトをiCOSMOSと共に代謝物数が13-40程度の様々な細胞内代謝反応ネットワークに適用し、ネットワーク図を描き定常状態感度解析を行った。感度値の3次元図とネットワーク図を合わせて用いれば、将来構築されるであろう、代謝物数が500程度の大規模代謝反応システムの数式モデルについても、感度値の変化が顕著な酵素反応を速やかに探しだし、その理由を容易に明らかにできるようになると期待される。第4の課題では、当研究室で先に開発したSoftCADSにより計算される動的感度値を用いてネットワーク図を描き、その時間変化を動画にまとめるプログラムを作成した。本課題については引き続き検討を行う。以上の研究により、代謝物の数が1000を超えるような大規模代謝反応ネットワークシステムの数式モデルに対しても、定常状態感度解析を精度よく効率良く行うことが可能になった。

The applicant has developed a large-scale metabolic analysis method in the previous year and completed the implementation of the method. The purpose of the application of intracellular metabolic analysis is to select the following four groups of subjects. The first task is to develop an ultra-high precision steady-state sensitivity calculation solution for iCOSMOS, and to apply it to intracellular metabolism. iCOSMOS calculation accuracy evaluation, arbitrary creation of 1000 metabolites, including direct lock-in large-scale metabolic reaction, this is possible to confirm The second task is to calculate the constant state sensitivity value of iCOSMOS, and to automatically draw the result. It is easy to identify the reasons for the increase in the sensitivity of metabolites in the presence of these inhibitors. The third problem is that the number of metabolites in iCOSMOS is 13-40, and the sensitivity of intracellular metabolism is analyzed. The sensitivity value of the three-dimensional reaction system is determined by the number of metabolites in the large-scale metabolic reaction system. The sensitivity value is determined by the number of metabolites in the large-scale metabolic reaction system. The fourth task is to develop SoftCADS in the laboratory, calculate the sensitivity value of the motion, and create the animation of the motion. This topic is about how to do it. In the above study, the number of metabolites reached 1000. The number of metabolites in the large-scale metabolic reaction was determined by the method of steady state sensitivity analysis. The accuracy was good.

项目成果

A reasonable way to characterize metabolic reaction networks by connecting sensitivity values with respect to metabolite concentrations and fluxes

通过连接代谢物浓度和通量的敏感度值来表征代谢反应网络的合理方法

• 发表时间: 2017
• 作者: A. Miyawaki-Kuwakado;F. Shiraishi
• 通讯作者: F. Shiraishi

システム感度に基づくネットワークチャート作成ソフトの開発

基于系统灵敏度的网络图制作软件开发

• 发表时间: 2018
• 作者: 桑門(宮脇)温子;白石文秀
• 通讯作者: 白石文秀

iCOSMOSにより計算したネットワーク感度値の利用方法

如何使用iCOSMOS计算的网络敏感度值

• 发表时间: 2017
• 作者: 桑門(宮脇)温子;小森 聡一郎;白石 文秀
• 通讯作者: 白石 文秀

Software for Drawing Network Chart Using Steady-State Sensitivity Data and Its Application to Analysis of Metabolic Reaction Networks

利用稳态敏感性数据绘制网络图的软件及其在代谢反应网络分析中的应用

• 发表时间: 2018
• 期刊: Eco-Engineering
• 影响因子: 0.3
• 作者: A. Miyawaki-Kuwakado;F. Shiraishi
• 通讯作者: F. Shiraishi

Development of software for calculating metabolite concentrations and sensitivities at a steady-state efficiently and accurately

开发用于高效、准确地计算稳态代谢物浓度和灵敏度的软件

• 发表时间: 2017
• 作者: A. Miyawaki-Kuwakado;S. Komori;F. Shiraishi
• 通讯作者: F. Shiraishi