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クロマチン構造と共役した転写因子動態の分子シミュレーション研究

Publicly Offered Research

Project AreaIntegral understanding of the mechanism of transcription cycle through quantitative, high-resolution approaches
Project/Area Number 15H01351
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

高田 彰二  京都大学, 理学研究科, 教授 (60304086)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
Fiscal Year 2016: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2015: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Keywordsクロマチン / 転写因子 / 分子シミュレーション / ChIP-seq / ヌクレオソーム
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、1)独自の粗視化分子シミュレーション技法にChIP-seq のデータを取り込む新しい方法を開発し、2)クロマチン構造が転写因子動態に及ぼす影響、およびその逆を、分子構造に基づいて高い時間空間分解能で明らかにすることであった。
1について、Protein Binding MicroarrayのデータべースUniPROBEからPosition Weight Matrixを得、それを蛋白質DNA相互作用に反映させて分子動力学シミュレーションを行う手法を開発し、実装することに成功している。塩基配列特異性を反映させるために、蛋白質とDNAの距離だけでなく角度にも依存する相互作用関数を導入した。これを利用して、TATA結合蛋白質等の種々のDNA結合蛋白質の分子シミュレーションを行い、結合動態を解析した。興味深いことにTATA結合蛋白質は、非特異的な配列に対しては静電相互作用を通じて、特異的な結合面と反対の側を向けて相互作用する確率が比較的高かった。そのため、特異配列に到達しても、結合面が異なるために特異配列を通過する現象が見られた。
2について、2本鎖DNA上にテトラサイクリンリプレッサーあるいはEcoRIを障害物として結合させた系に、小型転写因子のDNA結合ドメインであるwing helix domainを置いて、小型転写因子の動態を解析した。小型転写因子はテトラサイクリンリプレッサー結合部位を容易に通過することができたが、EcoRI結合部位の通過はかなり難しかった。これは、障害物分子の形状と関係しており、EcoRIがDNAを巻くように結合していることに起因している。また、障害物があることによって、小型転写因子のDNAからの解離が誘導されることを見出した。障害物近傍では、DNAからの負の静電ポテンシャルが弱まっており、それが小型転写因子の結合を弱め、解離を誘導した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Near-atomic structural model for bacterial DNA replication initiation complex and its functional insights2016

    • Author(s)
      Masahiro Shimizu, Yasunori Noguchi, Yukari Sakiyama, Hironori Kawakami, Tsutomu Katayama, and Shoji Takada
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences USA

      Volume: 113 Issue: 50

    • DOI

      10.1073/pnas.1609649113

    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Histone acetylation dependent energy landscapes in tri-nucleosome revealed by residue-resolved molecular simulations2016

    • Author(s)
      Le Chang and Shoji Takada
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/srep34441

    • NAID

      120005850270

    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dynamic Coupling among Protein Binding, Sliding, and DNA Bending Revealed by Molecular Dynamics2016

    • Author(s)
      Cheng Tan, Tsuyoshi Terakawa, and Shoji Takada
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 138 Issue: 27 Pages: 8512-8522

    • DOI

      10.1021/jacs.6b03729

    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] On the ATP binding site of the ε subunit from bacterial F-type ATP synthases2016

    • Author(s)
      Alexander Krah, and Shoji Takada
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics

      Volume: 1857 Issue: 4 Pages: 332-340

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2016.01.007

    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Coarse-grained molecular simulations for giant protein-DNA complexes2017

    • Author(s)
      Shoji Takada
    • Organizer
      American Physical Society Metting, New Orleans March 2017
    • Place of Presentation
      New Orleans(USA)
    • Year and Date
      2017-03-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Protein folding and misfolding studied by molecular simulations2017

    • Author(s)
      Shoji Takada
    • Organizer
      International IPR Seminar “New Frontiers in Protein Misfolding and Aggregation”
    • Place of Presentation
      Institute for Protein Research(Osaka)
    • Year and Date
      2017-01-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 細菌DNA複製開始複合体の近原子構造モデルと機能解析2016

    • Author(s)
      清水将裕、野口泰徳、﨑山友香里、川上広宣、片山勉、高田彰二
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • Year and Date
      2016-11-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Sequence-Specific Protein-DNA Interactions for Molecular Simulations Modeled by Position Weight Matrix2016

    • Author(s)
      Cheng Tan, Shoji Takada
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議(つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Multiscale Modeling of Flexible Biomolecular Complex2016

    • Author(s)
      Shoji Takada
    • Organizer
      4th International Conference on Molecular Simulation (ICMS 2016)
    • Place of Presentation
      Shanghai(China)
    • Year and Date
      2016-10-23
    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Co-translational folding reaction mechanisms studied by molecular simulations2016

    • Author(s)
      Shoji Takada
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡市)
    • Year and Date
      2016-06-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Multiscale Modeling of Molecular Motors and Dynamic Protein-Nucleic Acid Complexes2016

    • Author(s)
      Shoji Takada
    • Organizer
      Molecular Machines of Life: Simulation Meets Experiment
    • Place of Presentation
      Hong Kong(China)
    • Year and Date
      2016-05-23
    • Related Report
      2016 Annual Research Report 2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2015-04-16   Modified: 2018-03-28  

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