2016 Fiscal Year Annual Research Report
量子ビーム散乱法の協奏的利用による機能性ヌクレオソームの溶液構造解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Dynamic chromatin structure and function |
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| Project/Area Number |
16H01306
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉山 正明 京都大学, 原子炉実験所, 教授 (10253395)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ヌクレオソーム / クロマチン / X線小角散乱 / 中性子小角散乱 / コントラスト変調法 / ヒストンバリアント |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質(ヒストン)とDNAの複合体であるヌクレオソームはクロマチンの基本構成単位であり、その構造特性を明らかにすることがクロマチンの動的性質を理解する上で重要である。安定型のヌクレオソームではヒストンとDNAは強く安結合しておりゲノムの貯蔵庫として機能している。一方、転写活性時などには必要な部位のDNAがヒストンから解離した機能性ヌクレオソームに遷移する必要がある。この動的な変化のトリガーとして、ヒストンの翻訳後修飾や変異体置換が知られている。本研究の目的はこの機能性ヌクレオソームの構造解明とそのための手法開発である。機能性ヌクレオソームはその構造不安定性から結晶化が困難であり、仮に結晶化に成功した場合でも動的な部位の座標を得ることは困難である。そこで、今回の研究では低分解能ではあるが溶液中の分子構造を測定可能なX線及び中性子小角散乱(SAXS・SANS)法を相補的に用いて、構造解析を行った。一般的なSAXS法ではヌクレオソームの外形を求めることは可能であるが、構成要素であるDNAとヒストン構造を選択的に観測する事は困難である。そこで、コントラスト変調SANS法(CV-SANS)を相補的に用いることでこの問題を克服し、ヒストン変異体に置換されたヌクレオソームのDNAやヒストンコア・テールの構造を明らかにする。今年度はこの手法を進めてヒストンが３つ連結したトリヌクレオソームと真ん中のヒストンを変異型ヒストンCENP-Aヒストンに置換したトリヌクレオソームのSAXSによる構造解析と転写活性時に現れる特異的なオーバーラッピングダイヌクレオソームのCV-SANS法による溶液構造を行った。特に後者では分子動力学計算による構造精密化を進めている。
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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
本研究の主目的である変異型のヌクレオソーム溶液構造を進めた。特にオーバーラッピングダイヌクレオソームの溶液構造解析はヒストンテールの影響を散乱への避けるために40%重水中でのSANS測定を中心に行った。この重水濃度ではヒストン(タンパク質)からの散乱を消すことが可能となるので、DNAの構造だけを選択的に観測が可能となる。このデータを使用して計算機シミュレーションを併用して構造解析を進めた。また、トリヌクレオソームの構造解析では、変異体を含ま場合、その中心のCENP-Aヌクレオソームが特異的に飛び出していることが溶液Ｘ線散乱より明らかになった。これはクライオ電子顕微鏡観測の結果とも一致している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の研究の主目的は、変異体ヌクレオソーム及ぶそれを含むクロマチンの構造の量子ビーム散乱法を用いた解析法確立することと実際にそれを種々の変異型ヌクレオソーム解明にすることである。今後はCV-SANSとSAXS測定と計算機シミュレーションを組み合わせてヒストンテールなどの結晶構造では容易に観測できない構造解明を行う。また、多連結ヌクレオソームの溶液構造解析も進め、クロマチンの機能発現＝動的構造機構解明も行う。
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Research Products
(2 results)
