哺乳類の肝臓は, 肝細胞を主体とする肝小葉と呼ばれる組織単位の集合として捉えられる。肝小葉内では多孔質の特殊な毛細血管(類洞)に沿って肝細胞が並んでいる。肝小葉では, 入力血管である門脈側から, 出力血管である中心静脈(肝静脈側)にかけて, 種々の代謝経路について,  遺伝子発現強度, 酵素活性, 代謝物質濃度が不均質であることが知られており, 代謝区域化と呼ばれている。代謝区域化に関しては, 定量的な測定が報告されているが, その機能的•適応的意義は必ずしも明らかではない。本研究では, 肝アンモニア代謝に区域化が生じる要因を探求するため, 肝内に部位特異的な遺伝子発現制御が存在しない数理モデルを出発点とし, 進化的アルゴリ ズムを用いて数理モデルの最適化を行い, 結果として得られた代謝区域化のパターンを解析した。 本研究は, 酵素の部位特異的な遺伝子発現調節を対象とし, EAによって世代ごとに変異する変数は, 遺伝子発現調節パターンに限定した。最適化の際の選択圧(評価関数)としては, アンモニア除去速度, 尿素の産生速度, またその際のエネルギー効率など, 代謝区域化の原因となりうるものを用いた。探索の結果, glutamine synthaseなど限られた酵素の挙動がエネルギー効率の最大値を決定しているなど, 代謝区域化の制御因子についていくつかの示唆が得られたので, これ らを議論する。

慶應義塾大学湘南藤沢キャンパス先端生命科学研究会 2013年度学生論文集
修士論文ダイジェスト