Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
近年、実験技術の進展によって真核細胞における転写制御の仕組みに光があてられてきたが、その謎はさらに深まるばかりである。転写因子、RNAポリメラーゼは集合して転写ファクトリーをつくるのであろうか？そこでの様々な因子とクロマチンの離合集散には、分子が液滴状のクラスターを形成する相分離機構が働いているのだろうか？本研究では、こうした疑問とアイデアを検証するために、クロマチン運動の計算モデルによりアプローチする。計算機シミュレーション、機械学習によるゲノムデータの統計処理、統計物理学的考察を合わせて批判的に検討し、生化学、生物物理学的実験と連携して、検証への道筋を明らかにすることを目的とする。
前年度に開発したベイズ統計に基づく自己無撞着計算によって、本年度は、実験グループによってゲノム規模で測定された１分子ヌクレオソーム運動を短時間と長時間の2成分を用いて解析し、ヒト細胞のクロマチンは、速く運動するクロマチンと遅く運動するクロマチンの2タイプに大別されることを示して、転写阻害によるそれぞれの運動成分の変化を定量的に解析した。また、クロマチンの局所物性を反映した不均一な斥力がクロマチン相分離を招き、この相分離がゲノムアーキテクチャを生成するという新しい原理に基づくゲノム動力学計算法の開発・整備を行い、ゲノムにおけるクロマチン運動を解析して、クロマチンドメインの存在について統計的に調査を行った。さらに、クロマチンの局所物性が染色体の大域的構造を決める効果を示す例として、Hi-Cコンタクト行列の対角線付近(配列に沿って100kb程度離れた場所どうしの接近頻度)から得られる指標、Neighboringregion Contact Index(NCI)を複数の細胞について比較し、大腸ガン細胞HCT116が正常な細胞と異なる様相を示すことなど、NCIが細胞の状態を表す適切な指標であることを示した。この他、転写によって生成されたmRNAが核内を拡散して、核膜孔から核外に輸送される過程について、クロマチン動力学計算によるシミュレーションを行った。核内にRNA 輸送の道筋が形成される過程と、クロマチンの分布が変化する過程が協調して動的に起こることを示すデータを得て、さらに統計的解析を行った。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Peer Reviewed: 5 results, Open Access: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results, Invited: 3 results) Book (1 results)
Scientific Reports
Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-12
10.1038/s41598-021-84008-z
Physical Review E
Volume: 102 Issue: 4 Pages: 1-9
10.1103/physreve.102.042408
Biophysical Reviews
Volume: 12 Issue: 2 Pages: 461-468
10.1007/s12551-020-00675-8
Biophysical Journal
Volume: 118 Issue: 9 Pages: 2181-2192
10.1016/j.bpj.2019.12.029
Proc Natl Acad Sci USA
Volume: 116 Issue: 40 Pages: 19939-19944
10.1073/pnas.1907342116
