| Project/Area Number |
22K06076
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43010:Molecular biology-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
堀越 直樹 東京大学, 定量生命科学研究所, 准教授 (60732170)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | クロマチン / ヒストン / ヌクレオソーム / エピジェネティクス / 核内高次構造 / 細胞核 / クライオ電子顕微鏡 |
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| Outline of Research at the Start |
遺伝情報であるDNAは、ヒストンなどの細胞核内タンパク質と結合し、クロマチンと呼ばれる構造体として存在する。核膜近傍において、クロマチンはラミンや核膜タンパク質などによって構成される核ラミナと相互作用しており、その結合・解離が遺伝子発現制御に重要であることが示唆されている。本研究では、核ラミナ構成因子とクロマチンとの相互作用様式を構造生物学的手法及び物理化学的手法を用いて明らかにし、核膜近傍における高次クロマチンの基盤構造の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
真核生物において、遺伝情報の担い手であるゲノムDNAは、さまざまな細胞核内タンパク質と結合したクロマチンとして細胞核内に収納されている。クロマチンの細胞核内配置や核内における多様な構造状態が転写、複製、修復、組換えなどのゲノムDNAの機能発現制御や、初期発生、細胞分化などにおいて重要であることが分かっている。細胞核膜内側には、ラミンタンパク質、核膜孔複合体、核膜タンパク質、および核膜関連因子などによって、核ラミナが形成されており、核膜の形成・維持やクロマチンとの相互作用に重要であると考えられている。細胞核膜周辺におけるクロマチンは、凝集して遺伝子発現が抑制されたヘテロクロマチンであることが分かっているが、その構造基盤はほとんど明らかになっていない。本研究では、核ラミナ構成因子とクロマチンとの相互作用様式を明らかにし、細胞核内におけるクロマチン制御機構の解明、および核ラミナ構成因子の変異や機能異常による早老症などの疾病の作用機序解明を目指している。本年度は、核ラミナ構成因子による核膜周辺のクロマチン制御の基盤構造を解明するために、核ラミナ構成因子とヌクレオソームとの複合体を調製し、複合体のクライオ電子顕微鏡構造解析を行った。さらに、早老症などの疾患に関連する核ラミナ構成因子の変異体がヌクレオソームとの相互作用に及ぼす影響について生化学的解析および構造生物学的解析を行った。加えて、ヌクレオソームが連なったポリヌクレオソームを調製し、核ラミナ構成因子によるポリヌクレオソーム構造変化について生化学的解析を行った。以上から、核ラミナ構成因子によるクロマチン制御機構について解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、核ラミナ構成因子による高次クロマチン制御の基盤構造を明らかにするために、核ラミナ構成因子とクロマチンとの複合体の構造生物学的解析および生化学的解析を行った。本年度は、核ラミナ構成因子とヌクレオソームとの複合体の構造解析を行う計画であり、実際に、調製した複数の核ラミナ構成因子と再構成ヌクレオソームとの複合体の調製に成功し、クライオ電子顕微鏡を用いた複合体の構造解析を行った。さらに、早老症などの疾患で見つかった遺伝子変異が核ラミナ構成因子とヌクレオソームとの相互作用に及ぼす影響についても生化学的解析および構造生物学的解析を行った。加えて、核ラミナ構成因子が高次クロマチンに及ぼす影響を調べるために、ポリヌクレオソームを再構成し、核ラミナ構成因子によるポリヌクレオソームの高次構造変換を生化学的手法を用いて解析した。当初の計画に加えて、核ラミナ構成因子変異体の生化学的、構造生物学的解析に成功しており、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
核膜近傍のクロマチンは、複数種類存在するラミンタンパク質、核膜孔複合体、多数の核膜タンパク質などによって制御されると考えられている。それゆえに、それらの因子群の相互作用ネットワークや、翻訳後修飾による制御などを生化学的および構造生物学的に解析することで、核膜近傍のクロマチンの構造基盤の解明を推進する予定である。
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