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遺伝子発現の力学的・回路的制御機構の実験・シミュレーションデータ駆動型研究

Publicly Offered Research

Project AreaInitiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
Project/Area Number 26120525
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

粟津 暁紀  広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00448234)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords染色体動態 / DNA動態 / 遺伝子発現制御 / 染色体粗視化モデル / 遺伝子発現揺らぎ
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、真核生物の遺伝子発現制御に対するDNA動態による「力学的寄与」と、転写ネットワークによる「回路的寄与」を、実験データ解析及び粗視化分子動力学モデルの構築とそのシミュレーションデータ解析により分別し、その役割を明らかにする事である。平成27年度は以下のような研究成果を得た。
1)遺伝子発現が活発なユークロマチン領域と発現が抑制されているヘテロクロマチン領域の、核内における物路的な配置制御のメカニズムについて、粗視化分子動力学モデルを用いて考察し、核地震の動的な変形運動が、それらのクロマチン領域の核内分布に大きな寄与を果たす事を見出した。
2)DNAの配列に依存した転写制御機能のメカニズムを考察するため、DNA結晶構造解析で観察されるDNAの揺らぎを再現する全原子モデル、そのモデルの動態を再現する粗視化分子モデルを構築した。そしてDNA自身による転写制御機能の実現に重要な寄与を果たす、配列依存的なヌクレオソーム形成・排他性と、DNAの構造と柔軟性との関係を網羅的に考察し、DNAの2本鎖間の揺らぎとヌクレオソーム形成性が、正の相関を示す事を明らかにした。
3)遺伝子発現の揺らぎと環境変動に対する発現応答性の関係から、遺伝子発現制御の背景に潜む制御機構を明らかにするため、モデル植物として発現データが系統的に取得されているシロイヌナズナ遺伝子発現データを用い、発現の揺らぎと環境応答性の関係(Noise-Plasticity relation)を考察した。その結果、酵母をに対する先行研究とは大きく異なる性質が、シロイヌナズナでは見られ、それが染色体構造に由来する可能性を提案した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Excluded volume effect enhances the homology pairing of model chromosomes2016

    • Author(s)
      Kazunori Takamiya, Keisuke Yamamoto, Shuhei Isami, Hiraku Nishimori, and Akinori Awazu
    • Journal Title

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      Volume: 7 Issue: 2 Pages: 66-75

    • DOI

      10.1587/nolta.7.66

    • NAID

      130005142592

    • ISSN
      2185-4106
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Simple Elastic Network Models for Exhaustive Analysis of Long Double-Stranded DNA Dynamics with Sequence Geometry Dependence2015

    • Author(s)
      Shuhei Isami, Naoaki Sakamoto, Hiraku Nishimori, and Akinori Awazu
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 10 Issue: 12 Pages: 143760-143760

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0143760

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Nuclear dynamical deformation-induced hetero- and euchromatin positioning2015

    • Author(s)
      A. Awazu
    • Journal Title

      Phys. Rev. E

      Volume: 92 Issue: 3 Pages: 032709-032709

    • DOI

      10.1103/physreve.92.032709

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Noise-plasticity correlations of gene expression in the multicellular organism Arabidopsis thaliana2015

    • Author(s)
      Koudai Hirao, Atsushi J. Nagano, and Akinori Awazu
    • Journal Title

      J. Theo. Bio.

      Volume: 387 Pages: 13-22

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2015.09.017

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Segregation and phase inversion of strongly and weakly fluctuating Brownian particle mixtures and a chain of such particle mixtures in spherical containers2014

    • Author(s)
      Akinori Awazu
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 90 Issue: 4 Pages: 042308-042308

    • DOI

      10.1103/physreve.90.042308

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 真核生物核内染色体動態と減数分裂時対合形成の動力学モデル2016

    • Author(s)
      粟津暁紀
    • Organizer
      新学術領域「少数性生物学」 研究成果報告会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2016-03-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Coarse-grained model of micro and macro chromatin dynamics in nucleus2015

    • Author(s)
      粟津暁紀
    • Organizer
      生命ダイナミクスの数理とその応用
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2015-12-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 網膜桿体細胞における核内染色体構造形成と光情報伝達仮定の数理モデル2015

    • Author(s)
      粟津暁紀
    • Organizer
      日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸ポートアイランド
    • Year and Date
      2015-12-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Pattern formations of a polymer consisting of “hot” and “cold” monomers as a model of chromosome (Kyoto University, Japan)2014

    • Author(s)
      Akinori Awazu
    • Organizer
      THE 4D NUCLEOME 2014
    • Place of Presentation
      安芸グランドホテル
    • Year and Date
      2014-12-17 – 2014-12-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 局所的に揺らぎの強さが異なる非平衡バネビーズ系の構造形成2014

    • Author(s)
      粟津暁紀
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ランスクリプトームデータの揺らぎ解析2014

    • Author(s)
      粟津暁紀
    • Organizer
      超高速環境パラメータ最適化の研究会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学
    • Year and Date
      2014-08-07
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-28  

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