| Project Area | Genome modality: understanding physical properties of the genome |
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| Project/Area Number |
20H05936
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | National Institute of Genetics |
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Principal Investigator |
前島 一博 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 教授 (00392118)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日比野 佳代 国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 助教 (40435673)
杉山 弘 京都大学, 高等研究院, 研究員 (50183843)
谷口 雄一 京都大学, 高等研究院, 教授 (90556276)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥182,390,000 (Direct Cost: ¥140,300,000、Indirect Cost: ¥42,090,000)
Fiscal Year 2024: ¥35,490,000 (Direct Cost: ¥27,300,000、Indirect Cost: ¥8,190,000)
Fiscal Year 2023: ¥35,490,000 (Direct Cost: ¥27,300,000、Indirect Cost: ¥8,190,000)
Fiscal Year 2022: ¥35,490,000 (Direct Cost: ¥27,300,000、Indirect Cost: ¥8,190,000)
Fiscal Year 2021: ¥33,670,000 (Direct Cost: ¥25,900,000、Indirect Cost: ¥7,770,000)
Fiscal Year 2020: ¥42,250,000 (Direct Cost: ¥32,500,000、Indirect Cost: ¥9,750,000)
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| Keywords | ヌクレオソーム / クロマチン / 超解像顕微鏡 / ゲノミックス解析 / 原子間力顕微鏡 / ゲノミクス解析 / 超解像イメージング / AFM / PIポリアミド |
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| Outline of Research at the Start |
ゲノムクロマチンは一体どのように細胞内に収納され、どのように振る舞うのだろうか?この10年間、代表者らは、細胞のクロマチンは従来考えられてきたような、規則正しく折り畳まれた階層構造ではなく、液体のように不規則でダイナミックな構造であることを明らかにしてきた。本計画研究では、1分子蛍光イメージング(前島・日比野)、ゲノムHi-CO解析(谷口)、高速AFM・DNA配列結合ポリアミドPIP(杉山)を用いて、ゲノムの構造単位であるヌクレオソームレベルでのクロマチン構造と動態の観点から、ゲノムモダリティを理解することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画研究では、1分子蛍光イメージング(前島・日比野)、ゲノムHi-CO解析(谷口)、高速AFM・DNA配列結合ポリアミドPIP(杉山)を用いて、ゲ ノムの構造単位であるヌクレオソームレベルでのクロマチン構造と動態の観点から、ゲノムモダリティを理解することを目的とする。2023年度、計画代表者前島らは、ヒト生細胞において、2色の蛍光ヌクレオチドを取り込ませてユークロマチン領域のヌクレオソームをまばらに蛍光ラベルし、斜光照明顕微鏡法で単一ヌクレオソームの動態を観察した。そして、近接するヌクレオソームの距離と運動の相関を解析したところ、ヌクレオソームの距離が150 nm以内だと動きの相関が確認された。このことは、ユークロマチン領域であっても、ヌクレオソームは延びたループではなく、直径約150 nmの凝縮（塊）したドメインを形成していることを示唆する (Nozaki et al. Science Adv. 2023)。つぎに代表者前島、分担者日比野らは細胞分裂期染色体のヌクレオソームの局所動態を解析した。
染色体凝縮のキープレーヤーであるコンデンシンIやコンデンシンII，更にはKi67を個別に除去した状態で、ヌクレオソーム動態を１分子計測し、コンデンシンなしの染色体の物性変化をヌクレオソームの１分子の動きの変化として直接的にとらえた。分担者杉山らはDNAオリガミ法で作成したDNAフレーム中に再構成させたヌクレオソームを配置し、その運動性について高速原子間力顕微鏡を用いて詳しく解析した。分担者谷口らは試験管再構成により構築したヌクレオソーム鎖に対してHi-CO法を適用し、3次元解析を進めた。
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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
概ね計画通りに進行したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画代表者前島は、クロマチン動態変化に基づく細胞状態の解析・細胞機能不全の理解をおこなうため、ガン細胞、彼岸細胞でのヌクレオソームの動態解析をおこなう。日比野らは１分子・超解像顕微鏡法とHDAC阻害剤処理、コンデンシン除去を組み合わせ、コンデンシンとヌクレオソーム相互作用を抑えた状態の染色体でヌクレオソーム動態を１分子計測する。杉山らはピロールーイミダゾールポリアミド（PIP)とDNAフレームを用いて遺伝子発現制御について解析をさらに進める。谷口らは試験管再構成により構築したヌクレオソーム鎖の構造解析を行うのに必要な高純度の再構成産物を得るため、生化学条件最適化を行うと共に、計算機シミュレーションに基づく構造計算法の開発を行う。
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