2020 Fiscal Year Annual Research Report
Genome physics: Principles of organization and dynamics of genome chromatin
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19H01860
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
笹井 理生 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30178628)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ゲノム立体構造 / シミュレーション / クロマチン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで国内外で開発された染色体立体構造計算では、生化学的に測定されたHi-Cコンタクトデータを再現するよう、クロマチン間引力モデルを経験的に調整して、拡がった染色体鎖を折りたたむ計算をしていた。こうした計算はタンパク質鎖の折りたたみモデル計算に類似しており、染色体1つの構造を計算することができるが、多数の染色体鎖が集合したゲノムの立体構造を計算しようとすると、クロマチン間引力とクロマチン-核膜間引力の微調整が必要になり、計算の不安定さが問題となっていた。本研究で開発しているモデルがこの問題を解決し、高精度で安定な計算を可能にしたことは、本研究によるゲノム立体構造計算法がゲノムの構造形成機構の本質に迫るものであることを示している。
本年度の研究では、前年度に開発したゲノム立体構造計算法の整備・拡張を行い、この方法をヒト繊維芽細胞、ヒトリンパ芽球様細胞の2種類の異なる細胞について適用した。その結果、2種類の細胞について同じパラメータを用いてゲノム構造を高精度で安定に計算できることを示し、ゲノム立体構造とダイナミクス解析のための有力な手段を得たことを示すことができた。
また、実験グループと協力してクロマチン運動の統計解析を行い、上記の計算モデルとの比較を行った。とくに、2次元速度分布解析を開始して、転写阻害などによる細胞の応答をモニターすることができることを示した。
さらに、ニューヨーク州立大学のグループと協力して、クロマチン構造と転写活性の関係を記述する数理モデルを構築し、クロマチン構造揺らぎの統計的性質と細胞機能の関係を解析した。
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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
細胞中のクロマチンの運動を計測する実験グループと連携し、クロマチン運動の統計解析を行って計算シミュレーションの結果と比較し、細胞機能とクロマチン運動の相関について、そして細胞間の差異について、多くの情報を得ることができた。また、ゲノム立体構造計算法の開発・整備が進み、高精度で安定した計算が可能であることを示すことができた。さらに、ニューヨーク州立大学のグループと協力して、クロマチン構造と転写活性の関係を記述する数理モデルを構築することに成功し、クロマチン構造揺らぎの統計的性質と細胞機能の関係を解析した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度に開発した計算モデルをさらに洗練させ、細胞機能研究のプラットフォームとしてこの計算モデルを様々な問題に応用することを目標とする。このモデルにより、ヒストン修飾、転写活性などに摂動を加えた細胞でのゲノム構造と運動の変化を計算し、1細胞測定を行う実験グループと協力して、ゲノム構造、運動と細胞機能の関係を明らかにし、細胞を制御する新しい技術の基礎をつくる。
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Research Products
(10 results)
