2014 Fiscal Year Research-status Report
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26440010
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
大山 隆 早稲田大学, 教育・総合科学学術院, 教授 (60268513)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ヒトゲノムDNA / ゲノムフォールディング / 染色体構築 / 間期染色体 / 分裂期染色体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ヒトのゲノムDNAが細胞核または分裂期の染色体のなかでどのような原理で折り畳まれているかを解明することを目的にしている。本年度は、間期の染色体構造を明らかにすることを短期的な目的とし、21番染色体を対象として、長腕全域に亘る領域間の距離と配置の解析をFISH法を用いて行った。これまでに、累計約30箇所のFISHプローブを用意し、これらを組み合わせて約150に及ぶ2点間距離の測定を終えた。なお、ひとつひとつの距離に対して、それぞれ少なくとも30回の解析を行い、信頼度の高いデータを取得した。
次に、上記データを用いて、間期染色体の構造モデリングを試みた。まず、FISHによる2点間距離のデータとHi-C解析における2点間の接触頻度（他のグループのデータ）との関係を明らかにした。これにより、Hi-Cデータを2点間距離データに高精度で変換することが可能になった。ただし、両者の関係式を求めるに当たって、次のような工夫をした。FISH解析は長距離間の解析に、Hi-C解析は短距離間の解析に強いが、逆に、前者は短距離間解析に、後者は長距離間解析に、それぞれ弱い。従って、どちらの解析でも信頼度の高い、“中間距離”に相当するデータだけを用いて両者の関係式を求めた。次に、これとHi-Cデータを元に構造のモデリングを行った。しかし、得られたモデルの正確度をFISHの全距離データで検証したところ、正確性を欠く領域も複数見られた。
この他、平成26年度は、反復配列領域の折り畳み原理を解明する上で鍵となる、相同DNA上に形成されたクロマチンの相互作用についても解析を進めた。具体的には、DNAとヌクレオソームは、それぞれ相同なもの同士が選択的に相互作用するが、メチル化がこれらの現象にどのような影響を及ぼすかを多面的に解析するための準備を行った。
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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
当該研究では、サイズが互いに大きく異なるヒト2番、8番、21番染色体を用いて、①間期クロマチンにおけるDNAの軌道（path）の解析、②間期クロマチン構造のモデリング、および③分裂期染色体におけるDNAの軌道の解析を進めている。さらに、これらの研究に加え、④DNAの自己集合現象とヌクレオソームの自己集合現象のそれぞれにおけるDNAメチル化の影響についても解析を進めている。これら4つの研究の結果を照らし合わせることで目的とする原理の解明に近づけると考えている。どの研究も長年実施してきたものであるが、従来通り全てを実施した場合、仕事量が膨大になるため、平成26年度は、21番染色体を対象とした①と②の研究を主に実施し、これと並行して④の研究も実施した。その結果、「研究実績の概要」で述べたような研究の着実な進展をみた。従って、研究は、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度と同様、（1）21番染色体を対象にした間期クロマチン構造のモデリングと（2）DNA/ヌクレオソームの自己集合現象におけるDNAメチル化の影響の解析を継続実施する。（1）に関しては、モデリングにおける問題点が明らかになった。既に述べたように、”中間距離”のデータに関しては、FISH解析とHi-C解析のどちらの解析でも信頼度の高いデータが得られる。そこで平成26年度は、両者の関係式に基づいて構造のモデリングを行った。しかし、得られたモデルの正確度をFISHで得られた全ての距離データで検証したところ、正確性を欠く領域も複数見られた。これは、上記関係式を求める際に基礎とした中間距離データをさらに精査する必要があることを示唆している。そこで平成27年度は、その精査と再モデリングを実施する。（2）に関しては、DNAの鎖長、GC含量、メチル化の程度の3つをパラメーターにして、これらと相同クロマチン領域の自己集合との関係についてin vitroの系で解析する。
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| Causes of Carryover |
当初予定した研究計画よりもコンピュータモデリングに多くの時間を費やした。これに伴って、ウェットな実験に予定していた消耗品の使用量・使用頻度が減り、支出が抑えられた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
染色体のFISH解析、DNA/ヌクレオソームの自己集合解析、原子間力顕微鏡観察など、ウェットな実験に使用する消耗品を購入する。
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