Aritalab:Lecture/Biochem/Modularity
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: 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 | ||
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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。 | 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。 | ||
入力信号を高めるように働く効果を正、弱めるように働く場合を負といいます。 | 入力信号を高めるように働く効果を正、弱めるように働く場合を負といいます。 | ||
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負のフィードバックは出力量に比例して入力部分を抑えるように働くため、以下の効果を持ちます。 | 負のフィードバックは出力量に比例して入力部分を抑えるように働くため、以下の効果を持ちます。 | ||
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安定効果は想像しやすいですが、振動現象はわかりにくいかもしれません。 | 安定効果は想像しやすいですが、振動現象はわかりにくいかもしれません。 | ||
シミュレーションソフトを用いると、その動きを実感することができます。([[Aritalab:Lecture/Biochem/Modularity/NF|Cell Designerによるシミュレーションページへ]]) | シミュレーションソフトを用いると、その動きを実感することができます。([[Aritalab:Lecture/Biochem/Modularity/NF|Cell Designerによるシミュレーションページへ]]) | ||
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+ | 正のフィードバックは入力を増強させるように働くため、出力を 0 か 1 かといった極端な値に固定する働き(スイッチ効果)を持ちます。この現象をヒステリシスとも呼びます。その挙動はHill式<math>\textstyle \theta = \frac{x^L}{K + x^L} </math>であらわされます。''L''の値が大きいほどスイッチ効果が高く、この項は協調性 (cooperativity) やアロステリー (allostery) で説明されます。 | ||
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+ | 細胞周期や分化のように二つ以上の安定状態を持つ場合を双安定とよびます。正のフィードバックと負のフィードバックを併せ持つことで実現できます。 | ||
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Latest revision as of 09:27, 7 July 2011
Contents |
[edit] バイオロジーとモジュール
システム生物学においては、複雑なメカニズムを解析するのにコンポーネントへの分解が必須と考えられています。 これはモジュラー生物学として提唱されてはいますが、まだ大きなブレイクスルーはありません。
- From molecular to modular cell biology
- Hartwell LH, Hopfield JJ, Leibler S, Murray AW in Nature 402(6761 Suppl):C47-52
[edit] フィードバックループ
"The constancy of the internal environment is the condition for a free and independent life" ---Claude Bernard---
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。 入力信号を高めるように働く効果を正、弱めるように働く場合を負といいます。
[edit] 負のフィードバック
負のフィードバックは出力量に比例して入力部分を抑えるように働くため、以下の効果を持ちます。
- 平衡状態に導いて安定させる
- 振動させる
安定効果は想像しやすいですが、振動現象はわかりにくいかもしれません。 シミュレーションソフトを用いると、その動きを実感することができます。(Cell Designerによるシミュレーションページへ)
[edit] 正のフィードバック
正のフィードバックは入力を増強させるように働くため、出力を 0 か 1 かといった極端な値に固定する働き(スイッチ効果)を持ちます。この現象をヒステリシスとも呼びます。その挙動はHill式であらわされます。Lの値が大きいほどスイッチ効果が高く、この項は協調性 (cooperativity) やアロステリー (allostery) で説明されます。
[edit] バイスタビリティ
細胞周期や分化のように二つ以上の安定状態を持つ場合を双安定とよびます。正のフィードバックと負のフィードバックを併せ持つことで実現できます。
[edit] 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