[論文レビュー] On Programs and Genomes

Eric Werner|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2011

Computability, Logic, AI Algorithms参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、ゲノムを発生制御系として理解するための計算フレームワークを提案し、成長、分裂、分化などの細胞過程を調整する制御遺伝子「セーン」（cene）の概念を導入する。セーム（cenome）は、相互に接続されたセーンのグローバルネットワークであり、個体発生を支配し、ゲノムの複雑さと生物の複雑さを結びつける。進化と発生に応用可能な、システムレベルのゲノム調節モデルを提供する。

ABSTRACT

We outline the global control architecture of genomes. A theory of genomic control information is presented. The concept of a developmental control network called a cene (for control gene) is introduced. We distinguish parts-genes from control genes or cenes. Cenes are interpreted and executed by the cell and, thereby, direct cell actions including communication, growth, division, differentiation and multi-cellular development. The cenome is the global developmental control network in the genome. The cenome is also a cene that consists of interlinked sub-cenes that guide the ontogeny of the organism. The complexity of organisms is linked to the complexity of the cenome. The relevance to ontogeny and evolution is mentioned. We introduce the concept of a universal cell and a universal genome.

研究の動機と目的

• ゲノムのグローバル制御アーキテクチャを理解する理論的枠組みを構築すること。
• ゲノム機能における部品遺伝子と制御遺伝子（セーン）を区別すること。
• 相互に接続されたセーンがどのように個体発生を指揮するセームを形成するかをモデル化すること。
• セームを通じてゲノムの複雑さと生物の複雑さを結びつけること。
• システム生物学の基盤的概念としてのユニバーサルゲノムとユニバーサルセルを提唱すること。

提案手法

• 細胞が解釈することで細胞の行動を指揮する制御遺伝子としての「セーン」の概念を導入する。
• 相互に接続されたサブセーンから構成される「セーム」と呼ばれるグローバルな発生制御ネットワークとしてゲノムをモデル化する。
• 計算制御理論の原則をゲノム調節に適用し、セーンを実行可能プログラムとして扱う。
• セーム自体がセーンであると提唱し、発生中に自己参照的制御が可能であることを示す。
• システム生物学とネットワーク理論を用いて、セーンが多細胞発生をどのように調整するかを記述する。
• 理論的普遍性を高めるために、ユニバーサルゲノムとユニバーサルセルをフレームワークに組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゲノムを単なる遺伝情報の蓄積ではなく、発生制御系としてどのように理解できるか？
• RQ2 制御遺伝子（セーン）が細胞行動および多細胞発生をどのように指揮するか？
• RQ3 セーンの相互接続が、個体発生を支配するグローバルな制御ネットワーク（セーム）をどのように形成するか？
• RQ4 セームの複雑さが生物の複雑さとどのように関係するか？
• RQ5 システム生物学におけるユニバーサルゲノムとユニバーサルセルの理論的根拠は何か？

主な発見

• セームは、相互に接続されたセーンから構成されるゲノム内のグローバルな発生制御ネットワークであり、生物の個体発生を指揮する。
• セーンは細胞によって解釈され実行され、成長、分裂、分化、コミュニケーションなどの行動を指揮する。
• 生物の複雑さはセームの複雑さと直接的に関連しており、発生調節のシステムレベルの説明を提供する。
• セーム自体がセーンであるとされ、ゲノム制御アーキテクチャに自己参照的メカニズムが存在することを示唆する。
• フレームワークはユニバーサルゲノムとユニバーサルセルを導入し、システム生物学の基盤的モデルを提示する。
• ネットワーク化された制御メカニズムを通じて、個体発生、進化、ゲノム調節の間の概念的ブリッジを提供する。