生化学シミュレーション研究チーム

実用的な予測性を備えた生命科学を実現する上で、細胞内生化学反応経路の挙動を定量的かつ精密に予測する細胞シミュレーション技術の実現は中核的な課題です。当チームでは、複雑な細胞内の反応ネットワークを効率的にモデリングする手法や分子一つ一つの動きまで追跡する１分子粒度の計算手法、また計算結果をあたかも蛍光顕微鏡で観察したかのように処理する顕微鏡シミュレーターなど、細胞シミュレーションを実現するために重要となる諸技術を開発しています。我々が開発するオリジナルなシミュレーション手法には、グリーン関数反応動力学法や微視格子反応拡散法などがあります。これらの技術は細胞シミュレーションソフトウエア基盤であるE-Cell System上に統合され、細胞内分子混雑下における酵素反応速度論のような基礎的な課題から、大腸菌のような原核生物のまるごとシミュレーション、ほ乳類細胞における上皮成長因子応答経路のシミュレーション、ヒト赤血球のシミュレーションなどの応用的課題まで様々に展開されています。

研究テーマ

• 細胞シミュレーション技術の開発
• 細胞内信号伝達経路の時空間設計原理
• 細胞環境下における酵素反応速度論
• E-Cell 細胞シミュレーションソフトウエア基盤

主要論文

1. S. Hihara, C. G. Pac,K. Kaizu, T. Tani,T. Hanafusa, T. Nozaki,S. Takemoto,T. Yoshimi, H. Yokota, N. Imamoto,Y. Sako,M. Kinjo,K. Takahashi,T. Nagai,K. Maeshima:
   "Local Nucleosome Dynamics Facilitate Chromatin Accessibility in Living Mammalian Cells"
   Cell Reports 2 1645-1656 (2012)
2. A. Mugler, A. G. Bailey, K. Takahashi, P.R. ten Wolde:
   "Membrane Clustering and the Role of Rebinding in Biochemical Signaling"
   Biophys. J. 102:5 1069-1078 (2012)
3. K. Takahashi, S. Tanase-Nicola, P.R. ten Wolde:
   "Spatio-temporal correlations can drastically change the response of a MAPK pathway"
   Proc. Natl Acad. Sci. USA, 107 2473-2478 (2010)
4. S. N. V. Arjunan and M. Tomita:
   "A new multicompartmental reaction-diffusion modeling method links transient membrane attachment of E. coli MinE to E-ring formation"
   Syst. Synth. Biol., 4 35-53 (2010)
5. K. Takahashi, S.N.V. Arjunan, M. Tomita:
   "Space in Systems Biology of Signaling Pathways - towards intracellular molecular crowding in silico"
   FEBS Lett., 579 1783-1788 (2005)
6. K. Takahashi, K. Kaizu, B. Hu, M. Tomita:
   "A multi-algorithm, multi-timescale method for cell simulation"
   Bioinformatics 20, 538-546 (2004)