Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
近年の1細胞レベルのトランスクリプトームやエピジェネティクス解析などの技術発展により、哺乳類細胞の分化過程における分子的な状態変化の詳細が明らかになってきた。しかし、なぜ安定な細胞種は遺伝子発現空間上に飛び飛びにしか存在しないのか、なぜ細胞分化は基本的に不可逆なのか、といった本質的な問いへの答えはまだ出ていない。そこで本研究では、細胞核内のクロマチンの構造変化そのものが、細胞分化現象の離散性・不可逆性と密接関わっている可能性に注目し、理論物理・データ解析の2方向から研究を進める。
細胞分化現象の離散性や不可逆性といった特徴は細胞種や生物種を超えて普遍的に観察されているが、その物理的要因はいまだ謎につつまれている。本研究では、クロマチンの構造変化の物理的性質そのものが細胞分化現象の離散性・不可逆性と密接関わっている可能性を検証すべく、統計物理学によるモデル研究とデータ解析の研究（目的１）と、培養細胞実験を用いた分化実験を行ってきた（目的２）。目的１に関してはわれわれは、クロマチン構造変化の理論モデルを元に、有限サイズでコンパートメント変化がとどまる原理について調べてきた。特に今年度は、Hi-Cデータに加えて、TSA-seqやDNA-seq FISHといったクロマチン構造に関する新しいデータについて解析を行った。その結果、アクティブなコンパートメント領域が維持されるメカニズムに関して示唆を得たため、それを取り込んだ分子動力学シミュレーションを行うとともに、生きた細胞の実験系においてコンパートメント形成・維持メカニズムをテストする方法を考案した。目的２に関しては、レチノイン酸によって不可逆的にneutrophil様細胞に分化を誘導することのできる培養細胞系を用いて(HL60)、運命決定の瞬間とコンパートメント変化の間の相関を調べる実験系を行った。特に今年度は、一様な細胞集団から分化集団と未分化集団が現れる過程をすべてライブイメージングする顕微鏡観察系を作ることに成功し、数千細胞の系統樹と最終的な分化結果が対応するデータを得た。また、細胞内で複数のヒストン一分子をイメージングする系を立ち上げ、細胞周期・分化進行に依存して核内動態がどのように変化するのかを直接測ることもできるようになった。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 2019
All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Peer Reviewed: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Invited: 17 results) Book (2 results)
PHYSICAL REVIEW E
Volume: 100 Issue: 6
10.1103/physreve.100.060401
NATURE CELL BIOLOGY
Volume: 21 Issue: 9 Pages: 1102-1112
10.1038/s41556-019-0378-2
