2016 Fiscal Year Annual Research Report
シミュレーション計算による動的クロマチンのダイナミクス解析
| Project Area | Dynamic chromatin structure and function |
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| Project/Area Number |
25116003
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
河野 秀俊 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 量子生命科学研究部, グループリーダー(定常) (40291918)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ヌクレオソーム / クロマチン / 翻訳後修飾 / アンサンブル / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
真核生物のゲノムDNAは核内にクロマチン構造としてコンパクトに収納されている。しかし、転写、複製、組換えでは、基本構造であるヌクレオソームからDNAが解けたり、ヌクレオソーム自体が一旦破壊され再構築されたりとその構造をダイナミックに変える。生物は、この過程を通して、制御因子などDNA結合タンパク質のアクセスを制御し、DNAの持つ情報を発現している。本計画班では、分子動力学シミュレーションを用い、原子レベルやアミノ酸や塩基をひとかたまりと見た粗視化レベルで、ヌクレオソームやポリヌクレオソームの構造安定性や構造揺らぎなどがクロマチンに及ぼす影響を調べる。これにより、動的なクロマチンと機能発現メカニズムの関係を明らかにする。さらに、計画班の他の実験研究者と共同し、核内でのクロマチン動態とヒストンバリアントや化学修飾の関係を構造安定性や揺らぎなど計算科学的なアプローチにより定量的に明らかにする。
本年度は、H3 のテールの翻訳後修飾の役割について、全原子分子動力学計算を行い、構造アンサンブルの解析を行った。結果、アセチル化は場所に関わらずへリックス形成を誘導したが、メチル化は構造的な変化は見られなかった。また、アセチル化、メチル化ともにテールの慣性半径が小さくなること、つまり、ある領域に留まることが多くなる傾向が見られた。さらに、メチル化では、テール全体の溶媒露出面積が大きくなることが分かった。
領域内共同研究では、オーバーラッピングダイヌクレオソーム（OLDN）の構造決定に寄与した。ヌクレオソームは通常ヒストン8量体と約150bpのDNAから形成されるが、OLDNではヌクレオソーム同士の会合面からH2A-H2Bが欠落し、約250塩基対のDNAが巻き付いていた。この構造体は、レモデラーやRNAポリメラーゼによってヌクレオソームの破壊ないし位置の変化時に形成される中間体だと思われる。
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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
順調に計算が進んでいる。また、他の計画班との連携も順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
翻訳後修飾の数、位置とヌクレオソームのダイナミクスや構造にどのように影響を与えるのか、系統時に調べる。また、翻訳後修飾をターゲットにするタンパク質との複合体モデルの構築などを行い、クロマチンの動構造変化を調べる。最終年度であるので、これまでの成果を論文にまとめる。
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