Enzymatic reaction dynamics of histone tails drives phase separation and transcription dynamics of chromatin brush
Publicly Offered Research
| Project Area | Chromatin potential for gene regulation |
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| Project/Area Number |
19H05259
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山本 哲也 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任准教授 (40610027)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 酵素反応ダイナミクス / クロマチン / 相分離 / パラスペックル / 転写ダイナミクス / 高分子ブラシ / ヒストン修飾のダイナミクス / クロマチンブラシ |
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| Outline of Research at the Start |
未分化の細胞のクロマチンは一様であるが、分化細胞のクロマチンでは、相転移の間の流体のように、ヌクレオソーム濃度の大きいヘテロクロマチン領域とヌクレオソーム濃度の小さいユークロマチン領域が共存した状態になっている。本研究では、アセチル化とメチル化の酵素反応ダイナミクスの時間スケールが分離している場合に、ヒストン修飾が転写ダイナミクスの履歴を反映することに注目し、クロマチンの相分離と転写制御の物理的機構を理論的に明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
発生初期の核は、比較的密度の低い一様なクロマチン構造を形成するが、何回か細胞分裂を経ると、密度の高いクロマチン領域が形成されるようになる。今年度の研究では、ヒストンテイルの翻訳語修飾の酵素反応ダイナミクスを考慮に入れて、クロマチンの相分離のモデルを構築した。酵素反応は、転写活性を示す修飾（アセチル化）と転写不活性を示す修飾（メチル化）の二種類を考慮に入れ、ミカエリスーメンテン則を用いて扱った。酵素をクロマチンに結合する因子がクロマチンの相分離をエンハンスするという最近の実験があるため、酵素とクロマチンの結合エネルギーとクロマチンの密度を変えて、クロマチン状態の解析を行い、結合エネルギーとクロマチン密度が比較的高いときに相分離が起こることを示唆する結果を得た。アセチル化したヒストンにはメチル化酵素が結合することができず、メチル化したヒストンにはアセチル化酵素が結合することができないという反相関が相分離の原因となることを明らかにした（Yamamoto, Sakaue, and Schiessel, bioRxiv, 10.1101/2020.11.30.405134）。
新学術領域で初めて会った山崎智弘講師との共同研究を開始した。核内構造体の多くは、arcRNAと呼ばれるRNAとRNA結合タンパク質の複合体によって形成されている。転写サイトでRNAが一定レートで形成されるダイナミクスを考慮に入れて、高分子溶液の理論であるFlory-Huggins理論を拡張し、相分離構造体形成の理論を構築した。この理論によって予言される凝集体は無秩序な液体であるが、山崎講師が研究されているパラスペックルは、arcRNAの両末端がシェル部を形成し、中央部がコア部を形成するようなコアーシェル構造を形成する。この構造とブロック共重合体ミセルとの類似性を利用して、パラスペックル形成の理論を構築した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
