2020 Fiscal Year Annual Research Report
Quantification of physical parameters and construction of theoretical models to understand Chromatin Potential
| Project Area | Chromatin potential for gene regulation |
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| Project/Area Number |
18H05529
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
木村 暁 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 教授 (10365447)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂上 貴洋 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (30512959)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 細胞核 / クロマチン構造 / ポリマー物理学 / 線虫 / 発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、クロマチン構造を変化させ遺伝子発現を制御するものとして、細胞核のサイズやクロマチンの動きやすさ等の物理的要因に着目して、そのメカニズムと役割を理解することを目的としている。そのために、次の３つの解析を進める研究計画を立てている。
(A) クロマチン濃度とその遺伝子制御能の計測：遺伝学的手法を用いて核サイズやクロマチン量を変えることで「クロマチン濃度」を変え、それによって起こるクロマチン運動、さらには転写や胚発生への影響を評価する。
(B) クロマチン運動とその遺伝子制御能の計測：クロマチン運動を規定する物理量である粘弾性と力を計測し、運動の物理的基盤を明らかにするとともに、クロマチン運動による転写や胚発生の制御能を明らかにする。
(C) 理論モデルの構築：得られた実験データに基づいて、クロマチン動態の物理的基盤と遺伝子制御能の理論モデルを構築する。
２０２０年度は、(A)に関連して研究代表者らが線虫胚発生で計測したクロマチンの濃度と運動の関係を、(C)に関連して研究分担者が構築した理論で説明することに成功した(投稿準備中)。高分子の濃度と運動性を直接的に結びつける理論的枠組みはこれまでになく、クロマチンに限らず、高分子ダイナミクスの理論として重要な前進である。また(A)と(B)に関連して、研究代表者は転写活性化部位を可視化する、活性型RNAポリメラーゼIIのプローブを線虫胚で発現させる実験系の確立を進めた。さらに(C)に関連して、研究分担者はクロマチン運動を記述する高分子理論モデルの開発を進めた。
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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
クロマチン運動の実験的測定と、高分子理論モデルの構築を結びつける研究が発展し、計画していた研究が一つ、実を結んだと考える。その他の解析についても着実に進展し、次年度以降の収穫に期待ができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
(i) 蓄積してきた研究成果の論文発表を行う。
(ii) (A)に関連して、速いクロマチン運動の解析を行う。
(iii) (B) 細胞核内の粘弾性や力を計測する方法論（磁気ピンセットの活用）の確立を継続し、クロマチン運動の物理的基盤を明らかにする。
(iv) (A)と(B)に関連して、転写活性化部位の可視化プローブを用いて、クロマチンの運動や粘弾性などとの対応を明らかにし、クロマチンポテンシャルに物理的要因が寄与するかという疑問に答える。
(v) (C)に関連して、(A)や(B)で得られた実験データの理論的基盤となるモデルを構築する。
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