2017 Fiscal Year Annual Research Report
Simultaneous imaging of chromatin fractal dimensions and temperature in living cell nucleus
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16K14655
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
新海 創也 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (60547058)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅原 武志 広島大学, 理学研究科, 特任助教 (60713005)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | クロマチン構造 / フラクタル次元 / 蛍光寿命イメージング / 温度イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クロマチンファイバーは核内で階層的に折りたたまれて収納されている。近年の染色体構造捕獲法によってその詳細なゲノム間配置が明らかになってきた。さらに、生細胞内の一分子ヌクレオソームの超解像イメージングによって動的に組織化されたクロマチンドメインの存在も明らかになった。これらを背景に、我々はこれまでにヌクレオソームファイバーによって形成されるクロマチンドメインの数理モデルを展開してきた。そこでは、「フラクタル次元」によって定量化されたクロマチンドメインの凝集度合いが理論的に重要な概念である。平成２９年度は、生細胞の核内クロマチンのフラクタル次元を蛍光寿命イメージング法によって計測する技術を確立した。
二種類の蛍光プローブ（ドナーとアクセプター）間のエネルギー移動（FRET）はそれらの配置に依存し、ドナーの蛍光寿命はフラクタル次元に依存する。この原理をクロマチンファイバーに適用した。いくつかのドナーとアクセプターのペアと導入方法を試した結果、これまで報告されたきたものよりもずっと効率的にFRETが生じる方法を発見することができた。
計測された各ピクセルの時間ドメインの蛍光寿命減衰の生データから、空間的なフラクタル次元分布に変換するためのプログラムを開発することに成功した。
マウスES細胞の間期と分裂期のクロマチンの凝集度の変化をフラクタル次元によって定量化することができた。また、この薬剤処理や分化誘導後のクロマチンに対しても同様に計測・解析し、フラクタル次元によってクロマチン状態を表現する技術を確立することができた。
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