**************第77回尾張コンプレックスセミナー**************

Title：Theoretical estimation of cooperation among 
       elementary processes in clock proteins KaiABC 
       with construction of a reaction model
題目：時計タンパク質KaiABCに関する反応モデル構築および
      素過程の協奏関係の理論的推定

Speaker：Dr. KODA Shin-ichi
発表者：甲田 信一 先生

Affiliation：Institute for Molecular Science
所属：分子科学研究所

Date：Tue. Feb. 27th, 3:00 pm (Almost one hour)
日時：2月27日(火) 午後3時00分〜 (約1時間)

Place：3rd Lecture Room (1F), Graduate School of Informatics
場所：情報学研究科 1階 第3講義室

Abstract：
Biological clock of cyanobacteria is composed of three 
proteins, KaiA, KaiB and KaiC, where KaiC is periodically 
(de)phosphorylated. In this clock, local and fast ATP 
hydrolysis in KaiC induces conformational changes and 
(dis)assembly of proteins, and generates the global and 
long-period collective oscillation of phosphorylation state.
It is one of the main aims to elucidate how the 
spatio-temporal hierarchies of motion cooperate and 
generate the biological clock. In this talk, I will present 
a theoretical treatment to estimate the cooperation among 
the various elementary processes and their rate/equilibrium 
constants from experimental data. In this estimation, we 
constructed a reaction model of the periodic phosphorylation 
as a set of rate equations of elementary reactions and 
processes. Here, we picked up some experimental facts that 
might be key factors to generate the clock. Next, we carried 
out a parameter fitting so that outputs of the model and 
experimental data coincide. In this fitting, rate/equilibrium 
constants are treated as parameters and semi-automatically 
optimized. I will also discuss in this talk the result of 
the theoretical estimation suggesting that the three main 
properties (oscillation, temperature compensation of period, 
entrainment to periodical perturbation from environment) of 
the biological clock are generated by controlling ADP/ATP 
exchange rate in KaiC.

要旨：
シアノバクテリアの体内時計は三種のタンパク質(KaiA, KaiB,KaiC)
から構成されKaiCの周期的なリン酸化/脱リン酸化反応として発現
する。ここでは局所的かつ短時間で進むKaiC中のATP加水分解がタ
ンパク質の構造変化及び離散集合を引き起こし、結果として大域的
かつ長周期（約24時間）のリン酸化状態の集団振動を駆動する。こ
れらの時空間的階層運動が如何に協奏し機能を発現させているか理
解することは時計タンパク質研究のひとつの大目標である。本発表
では、多種多様な素過程の協奏関係およびそれらの反応速度/平衡
定数を実験データから理論的に推定する試みを紹介する。ここでは
まずリン酸化状態の周期振動を素過程/素反応の反応速度式のセッ
トでモデルする。この反応モデル構築では数ある実験事実の中から
重要そうなものをいくつか選定し適宜組み合わせる。次に反応モデ
ルの出力と実験データが一致するよう反応速度/平衡定数をパラメ
タとして半自動的なフィッティングを行い、各種定数の値を見積も
る。推定の結果として、KaiCにバインドされるADP/ATPの交換速度
の制御が体内時計の三大機能（発振、周期の温度補償性、環境の周
期変動への同調）発現の主たる機構であることが示唆されたので、
これも議論したい。

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