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패스웨이 데이터 베이스를 통해 배우는『시스템 생물학의 기초』. 이 책은 학부 과정의 한 학기 혹은 대학원 과정의 일부로 사용되도록 구성되었다. 제1장은 최소로 필요한 생물학적 지식을 다루고 제2와 3장은 몇몇 중요한 패스웨이 데이터베이스 및 소프트웨어를 소개하고 이들과 관련된 개념을 설명한다. 제4장은 Cell Illustrator를 사용하여 패스웨이 모델링을 실습하기 위해 필요한 구체적인 단계와 요소들을 다룬다. 제5장은 연습 문제를 통해 한 단계 한 단계 밟아가며 세 가지 종류의 패스웨이를 모델링할 것이다. 제6장에서는 시스템 생물학에서 요구되는 계산 기능에 관하여 논한다.

시스템 생물학은 포스트게놈 시대에 태동한 생물학 분야로서 생명체 혹은 세포의 활동을 단백질을 비롯한 다양한 구성 요소들의 상호작용으로 이루어진 하나의 복잡한 시스템으로 해석하고자 하는 학문이다. 최근 high-throughput 기술에 의해 생성되는 대용량 생물 데이터는 시스템 생물학의 발전에 박차를 가하고 있다. 독일의 천문학자 케플러가 방대한 천체 관측자료를 세밀히 분석하여 행성운동에 대한 물리학 법칙을 발견한 것과 같이 시스템 생물학자들은 방대한 생물 데이터의 분석 및 모델링을 통해 세포 시스템을 지배하는 법칙을 발견하고자 한다. 이러한 법칙의 발견은 생명 현상에 대한 새로운 이해를 가져올 것이며, 생명 자원의 효율적 이용 및 질병 치료 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
역자들은 생명공학/생물정보학/전산학에 관련된 연구와 대학 강의를 수행하면서 시스템 생물학에 대한 마땅한 교재의 필요성을 절감하게 되었다. 특히, 수학이나 프로그램에 대한 전문적인 지식이 없이도 시스템 생물학을 손쉽게 이해할 수 있는 교재의 발간에 고심하던 역자들에게 일본 동경대 미야노 교수님과의 만남은 본 역서를 출간하는데 결정적인 역할을 하였다.

서문 ⅰ
역자 서문 ⅴ
저자 추천 ⅶ

1 서 론 1
1.1 세포 내에서 일어나는 일 3
1.1.1 전사, 번역, 유전자 제어에 관하여 3
1.1.2 신호 전달과 단백질 5
1.1.3 대사와 유전자 5
1.2 세포 내의 반응과 패스웨이 6

2 패스웨이 데이터 베이스 9
2.1 주요한 패스웨이 데이터베이스 11
2.1.1 KEGG 12
2.1.2 BioCyc 14
2.1.3 Ingenuity Pathways Knowledge Base 15
2.1.4 TRANSPATH 15
2.1.5 ResNet 18
2.1.6 Signal Transduction Knowledge Environment (STKE):
Database of Cell Signaling 18
2.1.7 Reactome 19
2.1.8 Metabolome.jp 20
2.1.9 마무리 20
2.2 패스웨이를 나타내는 소프트웨어의 소개 22
2.2.1 Ingenuity Pathways Analysis (IPA) 22
2.2.2 Pathway Builder 23
2.2.3 Pathway Studio 23
2.2.4 Connections Maps 24
2.2.5 Cytoscape 24
2.3 패스웨이를 둘러싼 표기 규칙 25
2.3.1 Gene Ontology (GO) 25
2.3.2 PSI MI 26
2.3.3 CellML 26
2.3.4 SBML 27
2.3.5 BioPAX 27
2.3.6 CSML/CSO 28

3 패스웨이 시뮬레이션 소프트웨어 31
3.1 시뮬레이션 소프트웨어의 이면 33
3.1.1 아키텍처: 결정적, 확률적, 혹은 하이브리드? 33
3.1.2 패스웨이의 모델링 방법 35
3.2 주요한 시뮬레이션 소프트웨어 35
3.2.1 Gepasi/COPASI 35
3.2.2 Virtual Cell 36
3.2.3 Systems Biology Workbench (SBW), Cell Designer,
JDesigner 36
3.2.4 Dizzy 37
3.2.5 E‐Cell 37
3.2.6 Cell Illustrator 37
3.2.7 마무리 39
4 Cell Illustrator 41
4.1 Cell Illustrator의 설치 43
4.1.1 Cell Illustrator의 설치에 필요한 조건 43
4.1.2 Cell Illustrator의 구성 44
4.1.3 Cell Illustrator의 설치와 실행 45
4.1.4 라이센스의 설치 47
4.2 Cell Illustrator의 기본 개념 47
4.2.1 기본 개념 47
4.2.2 엔티티 (Entity) 48
4.2.3 프로세스 (Process) 51
4.2.4 커넥터 (Connector) 53
4.2.5 요소 간의 연결 규칙 55
4.2.6 요소들을 위한 아이콘 57
4.3 Cell Illustrator의 시작과 모델의 편집 방법 59
4.3.1 요소의 추가 60
4.3.2 모델의 편집과 캔버스의 조작 63
4.4 모델의 시뮬레이션 65
4.4.1 시뮬레이션의 설정 65
4.4.2 그래프의 설정 67
4.4.3 시뮬레이션의 실행 69
4.5 시뮬레이션 파라미터와 규칙 69
4.5.1 이산 엔티티와 이산 프로세스를 사용한 모델의 작성 69
4.5.2 연속 엔티티와 연속 프로세스를 사용한 모델의 작성 77
4.5.3 이산과 연속의 개념 79
4.6 아이콘 요소를 사용한 패스웨이의 모델링 80
4.7 Cell Illustrator로 패스웨이 모델 작성하기 84
4.7.1 분해 (Degradation) 84
4.7.2 이동 (Translocation) 86
4.7.3 전사 (Transcription) 90
4.7.4 결합 (Binding) 93
4.7.5 해리 (Dissociation) 96
4.7.6 억제 (Inhibition) 98
4.7.7 효소 작용에 따른 인산화 101
4.8 마무리 105

5 패스웨이 모델링과 시뮬레이션 109
5.1 신호 전달 경로 모델링 111
5.1.1 주요 등장 인물: 리간드와 수용체 111
5.1.2 EGFR을 매개로 하는 신호 전달의 모델링 112
5.2 대사 경로 모델링 126
5.2.1 화학 반응식과 패스웨이 표현 126
5.2.2 Michaelis‐Menten kinetics와 Cell Illustrator의 패스웨이 표현 127
5.2.3 해당 패스웨이 만들기 129
5.2.4 해당 패스웨이 모델의 시뮬레이션 143
5.2.5 모델의 개선 143
5.3 유전자 제어 네트워크 모델 만들기 149
5.3.1 체내 시계와 생물학적 리듬 149
5.3.2 마우스 circadian 리듬의 유전자 제어 네트워크 150
5.3.3 마우스 circadian 리듬의 모델링 150
5.3.4 시뮬레이션으로부터 가설 생성 166
5.4 마무리 172

6 시스템 생물학을 위한 계산 플랫폼 175
6.1 효모의 유전자 네트워크 177
6.2 유전자 네트워크 해석 방법 179
6.2.1 유전자 네트워크의 표시 179
6.2.2 유전자 네트워크 배치 181
6.2.3 패스웨이 검색 기능 183
6.2.4 서브네트워크의 추출 기능 184
6.2.5 두 개의 서브네트워크 비교 185
6.3 시스템 생물학을 위한 Cell Illustrator의 특별한 기능들 188
6.3.1 패스웨이 기술 언어: CSML3.0과 CSO 189
6.3.2 SaaS 기술 190
6.3.3 패스웨이 파라미터 검색 191
6.3.4 고속 시뮬레이션 192
6.3.5 패스웨이 모델을 프로그램 언어로 변환 193
6.3.6 패스웨이 배치 알고리듬 194
6.3.7 패스웨이 데이터베이스 관리 시스템 194
6.3.8 효과적인 시각화: 아이콘의 자동 생성 196

참고문헌 목록 199
찾아보기 207

이 책은 학부 과정의 한 학기 혹은 대학원 과정의 일부로 사용되도록 구성되었다. 제1장은 최소로 필요한 생물학적 지식을 다루고 제2와 3장은 몇몇 중요한 패스웨이 데이터베이스 및 소프트웨어를 소개하고 이들과 관련된 개념을 설명한다. 제4장은 Cell Illustrator를 사용하여 패스웨이 모델링을 실습하기 위해 필요한 구체적인 단계와 요소들을 다룬다. 독자들은 생물학적 엔티티와 프로세스를 표현하는 그림들이 패스웨이의 요소를 이해하는 데 도움이 된다는 것을 알게 될 것이다. 제5장은 연습 문제를 통해 한 단계 한 단계 밟아가며 세 가지 종류의 패스웨이를 모델링할 것이다. 제6장에서는 시스템 생물학에서 요구되는 계산 기능에 관하여 논한다. 이 책은 Kyoritsu Shuppan Co., Ltd.에서 출판된 일어판의 영어 번역이다. 이 책에서는 소프트웨어와 데이터베이스 최신 버전의 자료가 추가되었으며, 제6장은 새 주제가 추가되었다.