ねじれを伴う高分子の運動モードを用いて、染色体形成を理解する
Publicly Offered Research
| Project Area | Genome modality: understanding physical properties of the genome |
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| Project/Area Number |
23H04298
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
横田 宏 京都大学, 人間・環境学研究科, 特定研究員 (10846356)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
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| Keywords | 染色体凝縮 / クロマチン / 粗視化分子動力学シミュレーション / 緩和モード / Rouse mode / twist / writhe |
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| Outline of Research at the Start |
染色体は、細胞分裂時に、DNAとヒストン (タンパク質)とで構成された高分子 (クロマチン)が連続したループを作ることで棒状に凝縮したものである。クロマチンやDNAのようにねじれた高分子のループ形成のダイナミクスにおいては、様々な時空間スケールにおける運動が現れ、スケール毎に異なるループ構造が生成されうることが期待される。
本研究では、緩和モードを用いて、力学モデルにおけるモデル高分子の運動を各時空間スケールに分解し、どのスケールでの運動モードが染色体内のループ構造形成を支配するのかを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、“ねじれ”の自由度のダイナミクスの特徴的な時間を調べるために、はしご型の曲げ弾性とtwist弾性を含むモデル高分子を構築し、そのRouse modeを調べた。ここで、“ねじれ”は鎖の中心軸まわりのねじれであるtwistと鎖の中心軸自体のねじれであるwritheとで構成される。
はしご型の高分子は、曲げ弾性を持つバネ-ビーズモデル高分子をはしご型にバネでつなぐことで、構築した。このときのエネルギーはセグメント間のバネのエネルギーと曲げ弾性由来のエネルギーとはしご型につないだバネのエネルギーとで構成される。ここで、曲げ弾性エネルギーは、曲率の二乗に比例する。我々は、セグメントインデックスに共役なFourier spaceにおいて、Langevin方程式を解くことで、波数毎の緩和時間を導いた。
その結果、曲げと伸張が導くモードの緩和時間は、低波数領域において、波数の2乗で減衰し、高波数領域において波数の4乗で減衰する結果を得た。一方で、twistの自由度が導くモードの緩和時間は、低波数領域において、波数依存性を示さず一定値となった。また、高波数領域における緩和時間は、波数の4乗で減衰する結果を得た。これらの高波数、低波数の境目は高分子の持続長に依存する。
さらに、低波数領域においては、曲げと伸張が導くモードの緩和時間がtwistのモードの緩和時間より長いことが示された一方で、高波数領域ではこれらは同じ値を示すことも明らかとなった。
DNA全体のwrithe構造が緩和する際には、鎖全体の曲げの緩和が現れることが期待される。これは、Rouse modeの考え方で言うと、低波数領域のダイナミクスであることを意味する。従って、本年度の結果は、鎖全体のwrithe構造の緩和において、twistはすぐに緩和し、曲げや伸張の緩和のダイナミクスが支配的であることを示す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的であるTwistとwritheが導く緩和時間を解析的に導くことができており、数値的解析を行う上でのreferenceが得られているため、おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度では、理想的で線形モデルを用いて、解析的にtwist, writheが導くモードの緩和時間を得ることができたため、今後はより現実に近い非線形なモデル高分子に対する緩和モードを導くため、数値的に緩和モード解析を行う。
それにより、twist-bendのカップリングがどのようにダイナミクスに影響を及ぼすかを明らかにする。
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
