Aritalab:Lecture/Biochem/Modularity
From Metabolomics.JP
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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
"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。
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)
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。
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