定量的な解析によるゆらぐ１細胞の振る舞いの理解～定量生物学にむけて～
近年の分子生物学の発展により、細胞現象を担う構成要素（遺伝子・タンパク質など）の情報が急速に明らかにされてきた。しかし、ゲノムプロジェクトの成功によって、分子生物学における象徴的対象であった遺伝情報のすべてが解読可能になり、分子生物学的な方法論のゴールが現実的なものになると、新しい生命科学の方向性を模索する試み、いわゆるシステムバイオロジーが今世紀初頭より立ち上がってきた。
システムバイオロジーは「生命をシステムとして理解する」という茫漠とした標語がトップダウン的に提唱され、数学やシミュレーションを使った生物学、というようなイメージも一般にはびこっているが、おそらくその活動の本質は「分子生物学以外の方法論を模索する試み」であると考えられる。そして最近、国内外の生物・物理・情報・数学の研究者による紆余曲折・試行錯誤の結果、分子生物学的な方法論を補完する新しい生命科学の１つの方向性は「定量的なデータに基づいた生命科学である」という共通認識がボトムアップに立ちあがってきている。本発表ではまず、この定量的な生物学の台頭について簡単に触れた後、定量的な生命科学の具体的な例として、ここ１０年間ほどで理論的・実験的側面から大きな関心が集まってきたゆらぐ細胞現象についての研究を紹介する。
ゆらぐ細胞現象とは、遺伝的に同一な細胞集団において個々の細胞の振る舞いがある種の多様性やゆらぎを示すことであり、現象の理解を遺伝子などの構成要素の同定に求める分子生物学的な方法ではとらえきれない現象である。特にここ数年での大きな成果は、１細胞レベルでみられるゆらぎのが、細胞現象を担う個々の細胞内化学反応から生じていることが明らかになったことである。ゆらぎを内在する細胞内化学反応（ミクロな構成要素）のネットワークによって細胞分裂や発生過程などの高い再現性を示すマクロな細胞現象が制御されている、という事実は、直感的な思考では自明な答えを与えられない非常に面白い問いかけを与えている。より具体的には、「ゆらぎを内在する要素で構成されるネットワークが、全体としての再現性を保つためにどのような原理で制御されているのか？」や「ゆらぎは細胞にとってどのような意味を持ちうるのか？」などという問題が、実験・理論的な生命科学の対象として浮かび上がってきている。そしてこの細胞の示す"ゆらぎ"という概念と現象を扱うために定量的なアプローチというものが不可欠であるため、定量的な生命科学の典型的な例であると捉えられはじめている。本発表では、ここ数年で大きく注目をされはじめた細胞内ゆらぎの研究を、実験的な証拠や測定系の進化を踏まえつつその基礎的な背景を概観し、より詳細な例として最近我々が行った慨日リズムのSingularity現象と細胞ゆらぎの研究について紹介する。
細胞ゆらぎや定量生物学の研究は、生命科学、生物物理、生命情報学、理論生物学などの基礎分野でも、走り出したばかりの未成熟な研究であり、その研究の進展状況は未だ医療などの応用に直接的に応用に結びつく段階ではない。しかし、このような基礎研究でクローズアップされている事例を基礎的な知識としておさえておくことは、バイオシミュレーションを利用した応用においても有益であると考えられる。本発表では、簡単にではあるが今後の細胞内ゆらぎ研究や定量生物学の展望についても議論したい。
コメントする