第100回北大MMCセミナー

生命の最小単位である細胞は、遺伝子発現と呼ばれる生化学反応を行い、細胞の恒常性維持や環境適応に必要な分子を絶えず産生している。システム生物学の主目的は、遺伝子発現全体の構造を解明し、生命の理解を目指すことにある。これには大きく二つのアプローチが存在する。一つは、知識ベースのシステム解析であり、比較的小さな遺伝子セットの調節機構の推定が行われる。もう一つは、次世代シーケンスなどの巨大データに基づくシステム同定であり、より大きな遺伝子セットが解析対象となる。本研究の目標は、これら二つのアプローチを同時に達成できるような新規理論の構築にある。

最近、我々は、2値マルコフ連鎖を用いた遺伝子スイッチと、ジャンプ型マルコフ過程を用いた蛋白質の生成崩壊モデルを結合した混合確率過程を提案し、その定常確率密度関数を導出した。また、大腸菌ラクトース代謝系の１細胞データを基に、ラクトースオペロンと呼ばれる遺伝子セットの発現調節パラメータを推定する手続きを発表した（Iida, Obata, Kimura, J. Theor. Biol., 2019）。この結果は、システム生物学において、個別の遺伝子を定量的に解析できる点でボトムアップ的であるが、同時に、scRNA-seq（single-cell RNA sequence）などのゲノムワイドな１細胞データを用いたトップダウン的解析への応用可能性も見込まれる。発表の前半では、本研究の基礎となる確率解析の結果（前述の論文の内容）を紹介する。後半では、本研究の展望と現状の問題点について、具体的な理論背景をもとに議論したい。