| Project Area | Autonomous biological systems of megadalton complexity |
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| Project/Area Number |
21H05154
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
Nozawa Kayo 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (10808554)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥33,150,000 (Direct Cost: ¥25,500,000、Indirect Cost: ¥7,650,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
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| Keywords | クライオ電子顕微鏡解析 / クロマチン構造 / RNAポリメラーゼII / 遺伝子発現制御 / メガダルトン複合体 |
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| Outline of Research at the Start |
エンハンサーDNAからの遺伝子活性化シグナルは、数キロから 1 Mbpもの長鎖DNAを経てプロモーターDNAへと伝わり、この情報伝達は2つのDNA領域が物理的に近接してDNAループ構造を作ることによって行われている。本研究では、DNAループを試験管内で再構成し、その転写活性化機能を評価するとともに、クライオ電子顕微鏡解析を行う。一方、細胞核には、ラミン・タンパク質が網目構造を形成し、DNAやヒストンと直接相互作用することで、核膜にゲノムを連結している。本研究では、研究計画B01が作成した人工膜内に、DNAループ複合体とラミンを包埋することで、膜局在化したゲノム構造を再現したいと考えている。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we tried to elucidate the molecular mechanism of how cohesin is involved in transcriptional regulation using an in vitro system. We reconstituted a transcription complex containing RNA polymerase II and cohesin on a nucleosome template that mimics the chromatin structure. We also used cryo-electron microscopy to understand the complex formation of cohesin and nucleosome. In addition, we reported that a nucleosome-like structure (H3-H4 octasome) can be formed with just two types of histones, H3 and H4 (Nozawa et al., 2022). In the collaborative project, we tried to artificially reconstruct the DNA-loop structure anchored to the nuclear membrane by incorporating recombinant proteins and DNA in liposomes. Since there was no established method that enabled cryo-EM observation of soluble proteins or nucleic acids inside liposomes, we optimized a protein encapsulation method in liposomes for cryo-EM analysis.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
近年、DNAループの異常が各種のガンに関係していることが報告され、中でもガン原遺伝子の上流で多数のDNAループがクラスターを作るスーパーエンハンサー構造の解明が待たれているが、本研究はその解明にも大きく貢献すると考えられる。加えて、融合研究で構築する人工細胞可視化システムでは、細胞内容物のバックグラウンドが全くない状態で、核膜に裏打ちされたゲノム構造を解明することができる。これまで核膜の構造がDNAループの転写活性化機構に与える影響は全く明らかになっていないため、本研究を通じて早老症などの遺伝子疾患に関しても新たな知見が得られる可能性がある。
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