分子動力学シミュレーションによるヌクレオソームの構造変化メカニズム解析
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18K06173
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
石田 恒 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, 上席研究員(定常) (60360418)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | ヌクレオソーム / 分子動力学シミュレーション / DNA解離 / ヒストン / 自由エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クロマチンの基本単位であるヌクレオソームは、DNAとヒストン蛋白質の複合体で、遺伝子転写等の生命現象に関わる。ヌクレオソームは通常４種のコアヒストン(H2A, H2B, H3, H4) 各２つから構成されるオクタソームを構成し、オクタソームに巻き付いたDNAを外的要因から遮蔽する。その一方、転写活性状態ではヒストン化学修飾やヒストン構成変化により、転写関連タンパク質がDNA遺伝子情報にアクセスできるようになる。
本年度では、ねじれストレス作用下の条件のもと、コアヒストンに巻き付いたDNAをヒストンコアから解離する分子動力学シミュレーションを実行することで、ねじれストレスがどのようにDNA解離に影響を及ぼすのかを解析した。
初めに、申請者が主体的に開発した分子動力学シミュレーションプログラムSCUBA にDNAの両端に力をかける計算法を組み込み、DNAの両端を引っ張る力をかけながら、DNA解離を誘導した。自由エネルギー地形を得るための手法には、SCUBAに搭載したABMD自由エネルギー計算法を用いる。本研究のABMD法では、DNA末端間距離を反応座標に設定し、DNA解離の構造を反応座標上に大量かつ均等にサンプリングする。更に、DNAの両端に正のねじれストレス、負のねじれストレスを作用させた条件、ねじれストレスなしの条件（合計３つの条件）におけるアンブレラサンプリング法を用いた計算を実施することで、ねじれストレスがDNA解離に及ぼす影響を解析した。
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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
現在、ほぼ計画通りに進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、DNA解離における自由エネルギー地形を詳細に解析し、自由エネルギー地形上でのDNA解離構造変化を原子レベルで明らかにする。更に、ねじれストレスがオクタソームに巻き付いたDNAの解離の進行具合に大きな影響を与えることがわかったことから、DNA解離に大きな影響を与えるねじれストレスをより詳細に解析する。具体的には、解離したDNAの柔らかさの変化や、２つのDNA末端のDNA解離の非対称性などを解析することにより、DNAの物理的物性とDNA解離の関係を原子レベルで解析する。以上をもとに、ヌクレオソームの大規模構造変化メカニズムを明らかにし、その細胞核内でのDNA動態の意義を理解する。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
