DNAトランスアクション制御の解明に向けたクロマチン超解像イメージング

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17J10896
• Research Institution: The Graduate University for Advanced Studies
• Principal Investigator: 今井 亮輔 総合研究大学院大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2019-03-31
• Keywords: クロマチン / 密度 / 微分干渉顕微鏡 / アクセスバリア

Outline of Annual Research Achievements

近年解明されつつある核内DNA構造のクロマチンドメインがDNAトランスアクションの機能単位として働いているという仮説のもと、クロマチンの密度という物理的な側面からのアプローチを行った。クロマチンが凝集していれば、転写活性化のための転写因子等はその領域にアクセスすることが出来ず、転写不活性になると考えられる。我々はクロマチンが実際にどの程度アクセスバリアとして機能しているのかを解明することを目的として、クロマチン密度定量を行った。
この密度定量のために、米国MBLにてMichael Shribak博士の開発した顕微鏡を用いた。観察対象のモデルとして、大きなクロマチン凝集領域であるマウス細胞のクロモセンターと呼ばれるヘテロクロマチン領域およびヒト細胞の不活性化X染色体領域を選択した。これらの生細胞を観察・解析し、生細胞核内のクロマチン密度定量に世界で初めて成功した。定量したマウス細胞のヘテロおよびユークロマチンの密度はそれぞれ208mg/mLおよび136mg/mLで2値の比は1.53となり、ヒト細胞においてもほぼ同様だった。一方、従来の蛍光観察手法でDNAを染色して観察した際、ヘテロクロマチンとユークロマチンの蛍光強度比は5.5から7.5となり、上記の密度の結果よりはるかに高い比となる。すなわち、ヘテロクロマチンにはDNAのみが高濃度に含まれ、凝集しているいうことが示唆された。
この得られた存在量を基にコンピューターシミュレーションを行い、ヘテロクロマチンに対する転写因子のアクセスのしやすさを推定した。推定の結果、我々が定量した値ではヘテロクロマチンは十分なアクセス阻害を示すことが分かった。しかし、その阻害は完全ではなく、わずかながらアクセスを許すことも観察された。したがって、ヘテロクロマチンはその密度によって“マイルドな”アクセスバリアとしての機能を果たしていることが示唆された。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A transient rise in free Mg2+ ions coupled with ATP reduction promotes mitotic chromosome condensation. (2018)
  • Author(s): Maeshima, K., Matsuda, T., Shindo, Y., Imamura, H., Tamura, S., Imai, R., Kawakami, S., Nagashima, R., Soga, T., Noji, H., Oka, K., Nagai, T.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 28 Pages: 444-451
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.12.035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Density imaging of heterochromatin in live cells using orientation-independent-DIC microscopy (2017)
  • Author(s): Imai, R., Nozaki, T., Tani, T., Kaizu, K., Hibino, K., Ide, S., Tamura, S., Takahashi, K., Shribak, M. and Maeshima, K.
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 28 Pages: 3349-3359
  • DOI: 10.1091/mbc.E17-06-0359
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamic Organization of Chromatin Domains Revealed by Super-Resolution Live-Cell Imaging (2017)
  • Author(s): Nozaki, T., Imai, R., Tanbo, M., Nagashima, R., Tamura, S., Tani, T., Joti, Y., Tomita, M., Hibino, K., Kanemaki, M.T., Wendt, T.S., Okada, Y., Nagai, T. and Maeshima, K.
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 67 Pages: 282-293
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.06.018.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 新規微分干渉顕微法を用いた生細胞ヘテロクロマチンにおける物質密度のイメージング (2017)
  • Author(s): 今井 亮輔, 野崎 慎, 谷 知己, 海津 一成, 日比野 佳代, 井手 聖, 田村 佐知子, 高橋 恒一, Michael Shribak, 前島 一博.
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会