project: 非線形動力学としての細胞内シグナル伝達系
co-worker(s): 我妻竜三 (理研GSC)
シグナル伝達系とは、細胞内での情報伝達を行うための非常に複雑な化学システムです。例えば、レセプターにより発信された情報は、分子の活性状態として下流に伝えられ、活性化された細胞核内に到達して転写制御等の出力を行います。個々の経路の研究は実験的に研究されているものの、ネットワークの動的な振る舞いを解析することは非線形動力学の出番であると考えます。
各経路に関して精密にシミュレーションを行い、実験データの再現をすることも一つの研究ですが、まず定性的な理解をすることが重要です。シグナル伝達系では多くの経路に共通な構造があることがわかっていますから、相空間を探索してその全体的な性質を理解することが、結局は理解への近道になると考えます。
現在は連立常微分方程式で濃度ダイナミクスを計算するのが主流ですが、関わる分子の数がとくに上流では少ないため、空間を導入して粒子的描像で計算することも重要です。共同研究者によりこの計算が精力的に進められており、実験との対応も確かめられています。
MAPKカスケードなど、要素サブネットワークの研究は多くなされていますが、複数の経路に相互作用(クロストーク)がある場合を考えています。ここでは、各々の要素の時定数など、動的な性質が振る舞いに大きな影響をもつと思われます。長期的にはシグナル伝達系をベースにした化学反応による時間依存の論理的システムを構築できるのではないかと思っています。
publications: 投稿中 1
Ryuzo Azuma, Tomoyuki Yamamoto and Akihiko Konagaya
Spatiotemporal dynamics in the mitogen-activated protein kinase cascade
submitted to Proceedings of National Academic of Sciences, USA