増殖相と分化相におけるクロマチン構造基盤の解析

• Project Area: Cell Proliferation Control
• Project/Area Number: 22019040
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 前島 一博 国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 教授 (00392118)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,800,000 (Direct Cost: ¥5,800,000); Fiscal Year 2011: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2010: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: 核酸 / ゲノム / 生体高分子 / 生体分子

Research Abstract

これまで細胞増殖・分化の研究は、様々な細胞株・モデル生物を用いて、様々な情報伝達経路について、個別におこなわれてきた。しかしながら、細胞増殖・分化に対する統一的な理解が進んでいるとは言い難い。本研究では、クロマチン構造を共通項とし、蛍光相関分光法(FCS)、計算機シミュレーション、ヌクレオソームの1分子イメージングなど、新しい方法論を組み合わせて、増殖相と分化相をクロマチンの構造基盤とダイナミクスの観点から解明することを目的とする。そして、この構造基盤の理解を通して、細胞分化・発生などにおけるゲノムの機能発現の時空間的な制御の仕組みを明らかにし、当特定領域に貢献する。
本年度では計算機シミュレーションを用いて、増殖相・分化相の理解に必須なクロマチンの構造的基盤の推定を試みた。モンテカルロシミュレーションは細胞内の微小な領域の分子の動きを、再現するのに適した方法である。これにより、実験データで得た物理的パラメータを用いて、細胞内部の環境を再現することが可能である。研究協力者・高橋恒一らと共に5量体EGFPのクロマチン内の動きの再現をおこなった。その結果、コンパクトに凝縮しているヘテロクロマチンや分裂期染色体などでは、ヌクレオソームが揺らがないと蛋白質の拡散(動き)出来ないことが明らかになった。また本解析と平行して、ES細胞の試験管内分化誘導系を用いて増殖細胞と分化した神経細胞におけるクロマチン環境の変化を解析するため、ES細胞のEGFPとH2B-mRFPの安定発現株を作製した。

Research Products

• [Journal Article] The integrator complex is required for the integrity of Cajal bodies (2011)
  • Author(s): Takata, H.
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear Size, Nuclear pore number, and Cell Cycle (2011)
  • Author(s): Maeshima, K.
  • Journal Title: Nucleus Volume: 2 Pages: 113-118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Glass capillary optics for producing nanometer sized beams and its applications (2011)
  • Author(s): Ikeda, T.
  • Journal Title: Surface and Coatings Technology Volume: 206 Pages: 859-863
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Irregular folding of nucleosomes in the cell (Commentary) (2011)
  • Author(s): Takata, H.
  • Journal Title: Physics of Life Reviews Volume: 8 Pages: 51-52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New insight into the mitotic chromosome structure : irregular folding of nucleosome fibres? (2011)
  • Author(s): Maeshima, K.
  • Journal Title: Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology Volume: 75 Pages: 439-444
• [Journal Article] Nuclear Size, Nuclear Pore Number, and Cell Cycle (2011)
  • Author(s): Maeshima K
  • Journal Title: Nucleus Volume: (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Irregular folding of nucleosomes in the cell (Comment). (2011)
  • Author(s): Takata H
  • Journal Title: Phys.Life Rev. Volume: 8 Pages: 51-52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New insight into the mitotic chromosome structure : irregular folding of nucleosome fibres? (2011)
  • Author(s): Maeshima K
  • Journal Title: Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology Volume: (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear pore formation but not nuclear growth is governed by cyclin-dependent kinases (Cdks) during interphase. (2010)
  • Author(s): Maeshima K
  • Journal Title: Nat.Struct.Mol.Biol. Volume: 17 Pages: 1065-1071
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chromatin structure : does the 30-nm fibre exist in vivo? (2010)
  • Author(s): Maeshima K
  • Journal Title: Curr.Opin.Cell Biol. Volume: 22 Pages: 291-297
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The structure of mitotic chromosomes : irregular folding of nucleosome fibers? (2010)
  • Author(s): Maeshima K
  • Journal Title: Advances in Chromosome Science Volume: 3 Pages: 72-75
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Live imaging system for visualizing nuclear pore complex (NPC) formation during interphase in mammalian cells. (2010)
  • Author(s): Iino H
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 15 Pages: 647-666
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 生きた細胞の動的クロマチン構造 (2011)
  • Author(s): 前島一博
  • Organizer: 第1回細胞環境の測定とモデリングワークショップ
  • Place of Presentation: 神戸(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-07
• [Presentation] How is a Long Strand of DNA Compacted into a Chromosome? (2011)
  • Author(s): Kazuhiro Maeshima
  • Organizer: Albany 2011 : 17^<th> Conversation
  • Place of Presentation: Albany, NY, USA(招待講演)
• [Presentation] Mitotic chromosome structure : irregular folding of nucleosome fibers without the 30-nm chromatin fiber (2011)
  • Author(s): Kazuhiro Maeshima
  • Organizer: Gordon Research Conference : Chromosome Dynamics
  • Place of Presentation: Mount Snow Resort, VT, USA
• [Presentation] Chromatin compaction protects genome DNA from radiation damage (2011)
  • Author(s): Hideaki Takata
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] How can we know the chromatin environment in living cells?-Structural analysis of mitotic chromosomes in living cells- (2011)
  • Author(s): Saera Hihara
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] How is a long strand of genomic DNA organized into chromosome? (2011)
  • Author(s): Kazuhiro Maeshima
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] How is a long strand of DNA compacted into a chromosome? (2010)
  • Author(s): Maeshima K
  • Organizer: IUBS International workshop Structural and functional diversity of the eukaryotic genome
  • Place of Presentation: Brno, Czech Republic
  • Year and Date: 2010-11-14
• [Remarks]
  • URL: http://www.nig.ac.jp/labs/MacroMol/index.html