2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study of chromosome shaping and segregation
Publicly Offered Research
| Project Area | Chromosome Orchestration System |
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| Project/Area Number |
18H04708
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
境 祐二 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (70631779)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 染色体形成 / コンデンシン / トポイソメラーゼ / クロマチン動態 / 高分子物理学 / 分子動力学シミュレーション / 数理生物学 / 生物物理学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分裂期染色体の形成はコンデンシン、トポイソメラーゼが重要な関連因子である。コンデンシンは、染色体にスーパーコイル・ループを形成する機能がある。ま た、コンデンシンどうしが引力相互作用することが示唆されている。トポイソメラーゼは染色体どうしのすり抜けを可能にする。
申請者は、これらコンデンシンとトポイソメラーゼの機能を考慮した数理モデルを構築し、分裂期における染色体の形成と分離のダイナミクスを数理モデルとシミュレーションを用いて解析した。 その結果、コンデンシンのループ形成と引力相互作用の2つの機能はともに分裂期染色体の形成や分離に重要であり、これらの機能が欠損すると染色体の形成や分離は失敗することを示した。これらの結果は、実験におけるコンデンシン部分欠損の表現型を定性的に再現する。
近年、共同研究者のコンデンシン部分欠損、およびトポイソメラーゼ濃度を変化させる実験において、染色体形成や分離に与える影響が調べられ、様々な染色体形成の表現型が示された。申請者は、この表現型の違いが、コンデンシンによるクロマチン・ループ形成や引力相互作用の違い、トポイソメラーゼによるクロマチンすり抜けの違いによって説明できないかと考え、これらのコンデンシンやトポイソメラーゼの効果を数理モデル化し、シミュレーションを用いて解析した。トポイソメラーゼの効果は、排除体積ビーズ間距離としてモデル化しシミュレーションした。ビーズすり抜け効果（トポイソメラーゼ）が全くない場合は染色体分離は起こらない。コンデンシンの引力相互作用はビーズすり抜け効果が強いときは染色体分離に有利に働くが、すり抜け効果が弱くなると染色体分離に逆に働くことを示した。さらに、コンデンシンによる引力相互作用とクロマチン・ループ形成、トポイソメラーゼによるクロマチンすり抜け効果の強弱によって、実験で観察される表現型を再現可能であることを示した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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