Aritalab:Lecture/Biochem/Modularity
From Metabolomics.JP
< Aritalab:Lecture | Biochem(Difference between revisions)
(Created page with "==バイオロジーとモジュール== ;From molecular to modular cell biology : Hartwell LH, Hopfield JJ, Leibler S, Murray AW in ''Nature'' 402(6761 Suppl):C47-52 * Hodgkin...") |
m |
||
Line 2: | Line 2: | ||
;From molecular to modular cell biology | ;From molecular to modular cell biology | ||
: Hartwell LH, Hopfield JJ, Leibler S, Murray AW in ''Nature'' 402(6761 Suppl):C47-52 | : Hartwell LH, Hopfield JJ, Leibler S, Murray AW in ''Nature'' 402(6761 Suppl):C47-52 | ||
− | |||
− | |||
+ | <!---- | ||
+ | ==Hodgkin–Huxley 方程式== | ||
+ | Journal of Physiology 117(1952)500においてニューロンのスパイクをモデル化した4変数の非線形微分方程式です。 | ||
+ | ---> | ||
==フィードバックループ== | ==フィードバックループ== | ||
+ | フィードバックは生体内の代表的なモジュールで、特に遺伝子発現や代謝のホメオスタシスを保つのに必要です。 | ||
{| | {| | ||
|valign="top"| | |valign="top"| | ||
Line 40: | Line 43: | ||
|valign="top"| | |valign="top"| | ||
[[File:Lecture-Biochem-Modularity-MAPKsim.png|400px|MKKK and MKK and MAPK]] | [[File:Lecture-Biochem-Modularity-MAPKsim.png|400px|MKKK and MKK and MAPK]] | ||
+ | |} | ||
+ | |||
+ | ==フィードフォワードループ== | ||
+ | 2000年を過ぎて急に注目され始めたモジュールが、フィードフォワードループです。とりわけ Uri Alon のグループが解析する大腸菌の転写因子に関するモデルが有名です。 | ||
+ | |||
+ | 大腸菌は周りの環境を数秒間で感知し、数分のうちに必要なタンパク質の合成を開始します。このような迅速な対応は、フィードバックループでは難しいと考えられています。大腸菌には転写制御因子が400ほどあり、これらが遺伝子とどのような相互作用をするのか、詳細なネットワーク解析がなされました。 | ||
+ | * R Milo, S Shen-Orr, S Itzkovitz, N Kashtan, D Chklovskii, U Alon )2002) "Network Motifs: Simple Building Blocks of Complex Networks" Science, 298:824-827 | ||
+ | * U Alon (2007) "Network motifs: theory and experimental approaches" Nature Reviews Genetics 8, 450-461 | ||
+ | ===ネットワークモチーフ=== | ||
+ | {| | ||
+ | |valign="top"| | ||
+ | 転写制御ネットワークの中に、ランダムなネットワークと比較して頻出するパターンをネットワークモチーフと呼びます。 | ||
+ | |||
+ | たとえば大腸菌の転写制御因子のおよそ1割は自分自身を制御するフィードバックループを持っています。フィードバックはタンパク質の産生量を安定化させるのに必要なモチーフというわけです。さらに、3つの遺伝子間の制御関係を調べてみると、考えられる13のパターンの中で、フィードフォワードループ (FFL) といわれる形が最も多い(40個程度ある)ことがわかりました。それに対して、3頂点のフィードバックループは大腸菌の転写制御因子には1つもありません。<br/> | ||
+ | [[File:Lecture-Biochem-Modularity-FFL.png]] | ||
+ | |||
+ | FFLには、負の制御と正の制御を考えれば 2<sup>3</sup> = 8 通りの制御関係が考えられます。そのうち、論理的につじつまがあう制御関係は半分です。 | ||
+ | 大腸菌と酵母の転写制御因子を調べると、8 通りの制御関係のうち 2 通りだけが頻出することがわかりました。 | ||
+ | コヒーレントなフィードフォワードループは on/off 感受性を遅らせる '''ノイズ除去フィルター''' としてはたらくことがわかっています。 | ||
+ | アラビノースの制御系で用いられていることがわかりました。グルコースが無く、アラビノースだけが存在する状況で必要な遺伝子を産生する際に利用されます。 | ||
+ | またインコヒーレントなフィードフォワードループは '''パルス生成器''' として働きます。応答時間を加速しているのです。 | ||
+ | | | ||
+ | [[File:Lecture-Biochem-Modularity-FFL2.jpg|400px]] | ||
|} | |} |
Revision as of 16:21, 16 June 2011
Contents |
バイオロジーとモジュール
- From molecular to modular cell biology
- Hartwell LH, Hopfield JJ, Leibler S, Murray AW in Nature 402(6761 Suppl):C47-52
フィードバックループ
フィードバックは生体内の代表的なモジュールで、特に遺伝子発現や代謝のホメオスタシスを保つのに必要です。
つぎにMKKKとMKKだけに注目したネットワークを作って動きを見てみます。上の図にあった黄色と赤のライン (MKKK) はこの図において黄色と緑になっています。MKKの三つが左から順にそれぞれ赤、水色、青です。赤と青に注目してください。MKKKの動きと同じです。 |
これはMKKK, MKK, MAPK とカスケードを足しても同じ動きをします。フィードバックがない状態では、全くリン酸化されていないMAPK (黄緑) と 二回リン酸化された MAPK (灰色) 関係は、初期状態から量が逆転しておわります。 |
ここで最初のネットワークに戻してシミュレーションをやってみましょう。黄色と水色、赤とマゼンタ、黄緑と灰色が相補的な動きを見せるところは一緒です。しかし、灰色が上がってくると量が増えていた水色 (MKKK) が減ってくることに注意してください。水色と黄色はゆっくりと反転して初期状態に戻っていきます。それに遅れて赤とマゼンタが戻っていくこともわかります。 |
フィードフォワードループ
2000年を過ぎて急に注目され始めたモジュールが、フィードフォワードループです。とりわけ Uri Alon のグループが解析する大腸菌の転写因子に関するモデルが有名です。
大腸菌は周りの環境を数秒間で感知し、数分のうちに必要なタンパク質の合成を開始します。このような迅速な対応は、フィードバックループでは難しいと考えられています。大腸菌には転写制御因子が400ほどあり、これらが遺伝子とどのような相互作用をするのか、詳細なネットワーク解析がなされました。
- R Milo, S Shen-Orr, S Itzkovitz, N Kashtan, D Chklovskii, U Alon )2002) "Network Motifs: Simple Building Blocks of Complex Networks" Science, 298:824-827
- U Alon (2007) "Network motifs: theory and experimental approaches" Nature Reviews Genetics 8, 450-461