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ヌクレオソーム1分子イメージングによるヘテロクロマチン動態の解明

Research Project

Project/Area Number 16H04746
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Molecular biology
Research InstitutionNational Institute of Genetics

Principal Investigator

前島 一博  国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 教授 (00392118)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2017: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2016: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywordsクロマチン動態
Outline of Annual Research Achievements

最近、代表者らは細胞のクロマチンが従来考えられてきたような、いわば結晶のように規則正しく折り畳まれた階層構造ではなく、液体のように不規則で流動的な構造であることを明らかにした。それでは、この流動的な環境において、ヘテロクロマチン領域はどのようなメカニズムでクロマチンを不活化しているのであろうか?代表者らは、ヘテロクロマチンは個々のヌクレオソームのダイナミクス(動態)の抑制によって規定されているという仮説を立てた。本研究では、仮説を検証するため、ヌクレオソーム1分子イメージングによってヘテロクロマチンのヌクレオソーム動態を解明する。そしてクロマチン不活化のメカニズムをヌクレオソーム動態の実験・理論の両面から明らかにすることを目的としている。本年度はヘテロクロマチンの動態解明のため、以下の2つの項目について研究をおこなった。
ヘテロクロマチン領域のヌクレオソーム動態の解析―ヘテロクロマチンにおいて、ヌクレオソームのリンカーDNAをつなぎ止めるクリップの役割をしていると考えられているリンカーヒストンH1を蛍光ラベルし、H1に富んだヌクレオソームの1分子解析をおこなった。
ヘテロクロマチン領域のヌクレオソーム動態制御に関与する因子の同定―核内膜直下のヘテロクロマチンについては、核膜の裏打ちタンパク質LaminA/CやLBRなどのヘテロクロマチン形成に対する関与が示唆されている。これらの核内膜タンパク質を体系的にノックダウンし、ヌクレオソームの動きを解析した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

計画通りのH1-ヌクレオソームの1分子イメージング実験、データ解析を遂行することができ、有意義な結果を得ることができた。また本年度までの結果を論文発表することが出来た(Nozaki et al. Mol. Cell, 2017)。さらに米国ウッズホール海洋生物学研究所Shribak博士らが開発したOI-DIC顕微鏡を用いて、生細胞内の密度イメージングに成功し、ヘテロクロマチンの密度定量をおこなった。その結果、ヘテロクロマチンの密度(208 mg/mL) はユークロマチン(136 mg/mL)のわずか1.53倍であることが明らかになった。この成果は、米国細胞生物学会MBoC誌に「ハイライト」として掲載された。

Strategy for Future Research Activity

計画は順調に進んでいる。来年度 理研・高橋恒一らと共同でモンテカルロ計算機シミュレーションを組み合わせ、測定値に基づくクロマチン環境を再現する。高橋らと代表者はヌクレオソームの濃度・動きを再現するシステムを既に構築しているため、この方法をさらに改良し、どのくらいの大きさのタンパク質が、どのくらいのヌクレオソームの動きによって、クロマチンにアクセスできるようになるのか?を詳細に解析する。そして、ヘテロクロマチンにおいて、抑制されたヌクレオソームの動きがタンパク質のクロマチンへのアクセシビリティに与える影響を明らかにする。また、リンカーヒストン・HP1・ヒストンメチル化酵素を過剰発現させ、ヌクレオソーム動態と遺伝子発現が低下するかを確認する。技術的な困難はない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report

Research Products

(29 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article Presentation Book

  • [Journal Article] The 10-nm Chromatin Fiber and its Relationship to Interphase Chromosome Organization.2018

    • Author(s)
      Hansen, J.C., Connolly, M., McDonald, C.J., Pan, A., Pryamkova, A., Ray, K., Seidel, E., Tamura, S., Rogge, R., Maeshima, K.
    • Journal Title

      Biochemical Society Transactions

      Volume: 46 Pages: 67-76

    • DOI

      10.1042/bst20170101

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  • [Journal Article] DNA Works as a Spring in the Cell!2018

    • Author(s)
      島本勇太、田村佐知子、前島一博
    • Journal Title

      Biophysics

      Volume: 58 Issue: 1 Pages: 024-026

    • DOI

      10.2142/biophys.58.024

    • NAID

      130006322052

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
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  • [Journal Article] A Transient Rise in Free Mg2+ Ions Released from ATP-Mg Hydrolysis Contributes to Mitotic Chromosome Condensation2018

    • Author(s)
      Maeshima Kazuhiro、Matsuda Tomoki、Shindo Yutaka、Imamura Hiromi、Tamura Sachiko、Imai Ryosuke、Kawakami Syoji、Nagashima Ryosuke、Soga Tomoyoshi、Noji Hiroyuki、Oka Kotaro、Nagai Takeharu
    • Journal Title

      Current Biology

      Volume: 28 Pages: 444-451

    • DOI

      10.1016/j.cub.2017.12.035

    • NAID

      120006380520

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  • [Journal Article] Density imaging of heterochromatin in live cells using orientation-independent-DIC microscopy2017

    • Author(s)
      Imai, R., Nozaki, T., Tani, T., Kaizu, K., Hibino, K., Ide, S., Tamura, S., Takahashi, K., Shribak, M., and Maeshima, K.
    • Journal Title

      Molecular Biology of the Cell

      Volume: 28 Pages: 3349-3359

    • DOI

      10.1091/mbc.e17-06-0359

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  • [Journal Article] Dynamic Organization of Chromatin Domains Revealed by Super-Resolution Live-Cell Imaging2017

    • Author(s)
      Nozaki, T., Imai, R., Tanbo, M., Nagashima, R., Tamura, S., Tani, T., Joti, Y., Tomita, M., Hibino, K., Wendt, K.S., Okada, Y., Nagai, T., Maeshima, K.
    • Journal Title

      Molecular Cell

      Volume: 67 Pages: 282-293

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2017.06.018

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  • [Journal Article] Nucleosome-nucleosome interactions via histone tails and linker DNA regulate nuclear rigidity.2017

    • Author(s)
      Shimamoto Y, Tamura S, Masumoto H, Maeshima K
    • Journal Title

      Molecular Biology of the Cell.

      Volume: in press Pages: 1580-1589

    • DOI

      10.1091/mbc.e16-11-0783

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      日比野佳代、前島一博
    • Journal Title

      実験医学

      Volume: 35 Pages: 3211-3217

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      野崎慎・前島一博
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      ライフサイエンス新着論文レビュー

      Volume: 2017 Pages: 1-1

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  • [Journal Article] Bridging the dynamics and organization of chromatin domains by mathematical modeling.2017

    • Author(s)
      Shinkai S, Nozaki T, Maeshima K, Togashi Y
    • Journal Title

      Nucleus

      Volume: 印刷中 Pages: 353-359

    • DOI

      10.1080/19491034.2017.1313937

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    • Author(s)
      Kawamoto, Y.,Sasaki, A., Chandrana, A., Hashiya, K., Ide, S., Bando, T., Maeshima, K., Sugiyama, H.
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society.

      Volume: 138 Pages: 14100-14107

    • DOI

      10.1021/jacs.6b09023

    • NAID

      120006462489

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  • [Journal Article] Budding yeast chromatin is dispersed in a crowded nucleoplasm.2016

    • Author(s)
      Chen, C., Hwa Lim, H., Shi, J., Tamura, S., Maeshima, K., Surana, U., and Gan, L.
    • Journal Title

      Molecular Biology of the Cell.

      Volume: 27 Pages: 3357-3368

    • DOI

      10.1091/mbc.e16-07-0506

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dynamic nucleosome movement tells Structural information of topological chromatin domains in human cells.2016

    • Author(s)
      Shinkai S, Nozaki T, Maeshima K, Togashi Y
    • Journal Title

      PLOS Computational Biology.

      Volume: 12

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1005136

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  • [Journal Article] Telomere visualization in tissue sections using pyrrole-imidazole polyamide probes.2016

    • Author(s)
      Sasaki, A., Ide, S., Kawamoto, Y., Bando, T., Murata, Y., Shimura, M., Yamada, K., Hirata, A., Nokihara, K., Hirata, T., Sugiyama, H., Maeshima, K.
    • Journal Title

      . Scientific Reports.

      Volume: 6 Pages: 29261-29261

    • DOI

      10.1038/srep29261

    • NAID

      120005774690

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  • [Journal Article] Nucleosomal arrays self-assemble into supramolecular globular structures lacking 30-nm fibers.2016

    • Author(s)
      Kazuhiro Maeshima, Ryan Rogge, Sachiko Tamura, Yasumasa Joti, Takaaki Hikima, Heather Szerlong, Christine Krause, Jake Herman, Jennifer DeLuca, Tetsuya Ishikawa, Jeffrey C. Hansen
    • Journal Title

      EMBO J.

      Volume: in press Pages: 1115-1132

    • DOI

      10.15252/embj.201592660

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  • [Journal Article] Chromatin Folding and DNA Replication Inhibition Mediated by a Highly Antitumor-active Tetrazolato-bridged Dinuclear Platinum(II) Complex2016

    • Author(s)
      Imai R, Komeda S, Shimura M, Tamura S, Matsuyama S, Nishimura K, Rogge R, Matsunaga A, Hiratani I, Takata H, Uemura M, Iida Y, Yoshikawa Y, Hansen JC, Yamauchi K, Kanemaki MT, Maeshima K.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Pages: 24712-24712

    • DOI

      10.1038/srep24712

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  • [Book] Nuclear Architecture and Dynamics2018

    • Author(s)
      Nozaki, T., Hudson, F. D., Tamura, S., Maeshima, K.
    • Total Pages
      22
    • Publisher
      Academic Press
    • ISBN
      9780128034804
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  • [Book] Epigenetics and Systems Biology2017

    • Author(s)
      Hibino, K., Kaizu, K., Takahashi, K., Maeshima, K.
    • Total Pages
      14
    • Publisher
      Academic Press
    • ISBN
      9780128030752
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  • [Book] 少数性生物学2017

    • Author(s)
      前島一博
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      日本評論社
    • ISBN
      9784535788169
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2018-12-17  

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