シミュレーション演習 狙い 初日 イントロ 2日目 プローブと信号 3日目 実験結果からの数理モデル作成

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1 シミュレーション演習 狙い 初日 イントロ 2日目 プローブと信号 3日目 実験結果からの数理モデル作成
2019/1/17 シミュレーション演習　狙い 初日　イントロ 2日目　プローブと信号 3日目　実験結果からの数理モデル作成 4日目　時間パターンに対する選択的応答 5日目　スイッチ応答とメモリ 6日目　振動現象 Hill equation, bistability, hysteresis, Optimal stimulus, step response (low path filter), oscillation/wave, 夏はそれぞれの振る舞いをsimulationと実験それぞれを交えて話をする。

2 細胞運命決定機構 ANALOG DIGITAL (アナログ・デジタル変換)
Stimuli Conversion Fate ANALOG DIGITAL Graded input... … binary output. “How intense the stimulus/stimuli?” “To divide or not; to differentiate or not; to de-differentiate or not.”

3 Xenopus Oocyte Maturation Sustained MAPK activation
アナログ・デジタル変換 progesterone Eggs; competent for fertilization Stage VI oocytes Sustained MAPK activation oocyte maturation G2-like state (meiosis I) metaphase (meiosis II)

4 nth order reaction (4) 例3：MAP kinase cascade
Science Vol. 280, pp , 1998 James E. Ferrell Jr.* and Eric M. Machleder

5 nth order reaction (4) 例3：MAP kinase cascade
Science Vol. 280, pp , 1998 James E. Ferrell Jr.* and Eric M. Machleder

6 nth order reaction (4) 例3：MAP kinase cascade
Science Vol. 280, pp , 1998 James E. Ferrell Jr.* and Eric M. Machleder

7 nth order reaction (4) 例3：MAP kinase cascade 一つ一つの細胞では nH > 42
えっ、42次以上？ その正体は！ Science Vol. 280, pp , 1998 James E. Ferrell Jr.* and Eric M. Machleder

8 反応素過程とそのネットワークの特徴的振る舞い（１） ネットワークの形成
2019/1/17 反応素過程とそのネットワークの特徴的振る舞い（１） ネットワークの形成 Activation Molecule Inhibition 簡単な素過程の組み合わせ概念 〇 Feedforward activation inhibition Synergy Diversion nth order reaction 〇 Feedback positive feedback loop negative feedback loop

9 スイッチ応答：単安定と双安定 単安定応答 双安定応答 2. Circuit Engineering Genetic Circuits
どちらも一見閾値現象っぽいけど、よく見ないとだまされる｡ どうやって調べたらいいの？ 単安定応答 双安定応答

10 Positive Feedback Loop
2019/1/17 Positive Feedback Loop 例3：MAP kinase cascade Science Vol. 280, pp , 1998 James E. Ferrell Jr.* and Eric M. Machleder Nature Vol. 426, pp , 2003, Wen Xiong & James E. Ferrell Jr

11 Positive feedback loop
2019/1/17 Positive feedback loop 例１: JNK cascade Sorbitol MEKK1,4 MLK ASK (MAP KKK) MKK4/7 (MAP KK) JNK (MAP K) Curr. Biol. Vol. 11, pp , 2001 Christoph P. Bagowski and James E. Ferrell, Jr.

12 Positive feedback loop
2019/1/17 Positive feedback loop 例１: JNK cascade 理論からの振る舞いの予測 Positive feedback loopあり、なしでの振る舞いの違い 単安定 双安定 : Hysteresisあり DEMO Feedback.g Curr. Biol. Vol. 11, pp , Christoph P. Bagowski and James E. Ferrell, Jr.

13 Positive feedback loop
2019/1/17 Positive feedback loop 例１: JNK cascade Curr. Biol. Vol. 11, pp , Christoph P. Bagowski and James E. Ferrell, Jr.

14 Positive feedback loop
2019/1/17 Positive feedback loop 例１: JNK cascade Positive feedback loopの振る舞い Bistability (all or none) Hysteresis, 双安定 Loopをcutすれば、単安定 DEMO next p Feedback.g and loop cut Curr. Biol. Vol. 11, pp , Christoph P. Bagowski and James E. Ferrell, Jr.

15 Positive feedback loops
2019/1/17 Positive feedback loops Positive Feedback LoopのBistabilityの解析 kinase1 Activator sub1 Phosphatase kinase2 sub2 Phosphatase DEMO　feedback.g

16 Positive feedback loopと双安定性（Bistability）
2019/1/17 Positive feedback loopと双安定性（Bistability） Nullcline Sub2- P Sub1- P

17 Positive feedback loop
2019/1/17 Positive feedback loop 例１: JNK cascade Positive feedback loopの振る舞い Bistability (all or none) Hysteresis, 双安定 Loopをcutすれば、単安定 Curr. Biol. Vol. 11, pp , Christoph P. Bagowski and James E. Ferrell, Jr.

18 Ozbudakらは2変数の式で ポジティブ・フィードバックをモデル化した
TMGout (Xout) + TMGin (x) LacY-GFP (y) LacI Ozbudak et al. (2004) Nature の モデルを簡略化したもの TMG (methyl-β-D-thiogalactopyranoside) LacYによって取り込まれ、LacIを阻害する

19 ヒステリシス (Hysteresis) y (LacY-GFPend) Xout(TMGout)
Ozbudak et al. (2004) Nature Xout(TMGout) y (LacY-GFPend)