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
| Project/Area Number |
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, 関西光科学研究所 量子生命科学研究部, 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 2018)
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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 / ヒストン / 自由エネルギー / 分子動力学シミュレーション |
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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、オクタソームから１組または２組のH2A/H2Bが脱離したヘキサソーム、テトラソームへとヒストン構成が変化する分子動力学シミュレーションを実行することで、どのようなヌクレオソーム内相互作用変化がヒストン構成変化に重要なのかを解析した。初めに、申請者が主体的に開発したプログラムSCUBA にヒストンやDNAに力をかける計算法を組み込み、ヒストンやDNAに力をかけながら、DNA解離とH2A/H2B脱離を誘導した。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末端間距離または２つのH2A/H2Bの重心間距離を反応座標に設定し、H2A/H2B脱離状態（ヘキサソーム、テトラソーム）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、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、自由エネルギー地形を精密化する。自由エネルギー地形解析では、DNA解離、Gaping 、H2A/H2B脱離におけるDNA-ヒストン相互作用及びH2A/H2B-H3/H4相互作用の自由エネルギー地形に対する影響を解析した。
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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、ほぼ計画通りに研究が進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、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ヌクレオソーム構造変化を原子レベルで明らかにする。
更に、オクタソームに巻き付いたDNAの解離の進行具合がH2A/H2B離脱に大きな影響を与えることがわかったことから、H2A/H2B離脱に大きな影響を与えるDNA解離をより詳細に解析する。具体的には、オクタソームに巻き付いたDNA両端にトルクをかけたDNA解離の全原子分子動力学シミュレーションを実施する。
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
(1 results)
Research Products
(1 results)
