2012 Fiscal Year Annual Research Report
計算・情報科学による転写サイクルにおける情報変換機構の解明
| Project Area | Integral understanding of the mechanism of transcription cycle through quantitative, high-resolution approaches |
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| Project/Area Number |
24118008
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中村 春木 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (80134485)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
皿井 明倫 九州工業大学, その他の研究科, 教授 (20221286)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 遺伝子 / 分子動力学計算 / 転写因子 / 生体生命情報学 / 生物物理 / 生体分子 / 蛋白質 |
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| Research Abstract |
新たなアルゴリズム（Zero-dipole summation法）が電荷に富むDNA二重鎖単体に対する分子動力学計算で有効であることを示すとともに、Ets1-DNA複合体、Ets1-Ets1-DNA複合体（3者複合体）、Ets1-Runx1-CBFβ-DNA複合体（4者複合体）の３種の複合体に対して、それぞれ80 ns程度の分子動力学計算を実施した。その結果、蛋白質とDNAそれぞれのダイナミクスを観測し、3者複合体の方が4者複合体よりもDNAの揺らぎが大きいことが見出され、また4者複合体においてはEts1とRunx1・CBFβの動きに負の相関があり、互いにDNAを挟み込む動きが観測された。一方、多数のGPUを並列化することにより、マイクロ秒程度の分子動力学計算を実現できる新規ソフトウェア開発を行った。情報解析では、DNA配列認識の分子機構の解析、巨核球の分化にかかわる転写因子のChIP-chip／遺伝子発現データの解析、遺伝子制御ネットワークの解析などを行った。一方、メチル化がDNA二重鎖の物性に与える影響を調べるため、mCG を真ん中に配置した10種類の4塩基対DNA（NmCGN, NはA,T,G,Cのいずれか)の構造及び揺らぎを分子動力学計算によって解析した。その結果、メチル化のあるなしで揺らぎはほとんど変化しなかったが、メチル化によってらせん軸に対する曲がりが大きくなることがわかった。
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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
平成24年度に計画した分子動力学計算の手法の開発と予備的な計算は順調に進んでおり、マイクロ秒程度の分子動力学計算が行える準備が整ったほか、既に興味深い構造ゆらぎの知見が得られている。一方、巨核球の分化にかかわる転写因子のChIP-chip／遺伝子発現データの解析、遺伝子制御ネットワークの解析を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
計算科学的アプローチとしては、より長時間の分子動力学を実施し、そのトラジェクトリから各蛋白質間の情報の流れを抽出する新規手法を開発して詳細に調べ、それら複合体におけるDNAを介したEts1のアロステリックな制御のダイナミックな機構を原子レベルで解析する。一方、情報科学的アプローチにより、協同的な転写制御については、制御領域での結合転写因子のコンテクストをChIP-seqと結合予測を組み合わせて解析し、その情報とマイクロアレイデータを組み合わせて遺伝子発現との相関関係を解析する。
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