シミュレーション計算による動的クロマチンのダイナミクス解析

• 研究領域: 動的クロマチン構造と機能
• 研究課題/領域番号: 25116003
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2016-2017); 独立行政法人日本原子力研究開発機構 (2013-2015)
• 研究代表者: 河野 秀俊 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, グループリーダー(定常) (40291918)
• 研究協力者: リ ツェンハイ
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 52,260千円 (直接経費: 40,200千円、間接経費: 12,060千円); 2017年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2016年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2015年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2014年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2013年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円)
• キーワード: ヌクレオソーム / 分子動力学計算 / クロマチン / ヒストン / シミュレーション / 翻訳後修飾 / エピゲノム / 分子シミュレーション / アンサンブル / 生体生命情報学

研究成果の概要

本研究では、ヌクレオソームにおける翻訳後修飾やヒストンバリアントの影響を全原子分子動力学シミュレーションで解析し、ヒストンH3のテール領域がアセチル化やメチル化されると、DNAが解離しやすくなることを見出した。また、新規のヌクレオソーム構造（ヒストン6量体のヌクレオソームとヒストン8量体のヌクレオソームが重なった構造）の構造を決定した。さらに、クロマチンの構造多様性は、H4テールの相互作用の仕方によって生み出されることを示した。

研究成果

• [国際共同研究] ジャワハルラール・ネルー大学(インド)
• [国際共同研究] コロラド大学/オハイオ州立大学/ロチェスター大学(米国)
• [雑誌論文] Free energy profiles for unwrapping the outer superhelical turn of nucleosomal DNA (2018)
  • 著者名/発表者名: Kono Hidetoshi、Sakuraba Shun、Ishida Hisashi
  • 雑誌名: PLOS Computational Biology 巻: 14 号: 3 ページ: e1006024-e1006024
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal structure of the overlapping dinucleosome composed of hexasome and octasome (2017)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kato, Akihisa Osakabe, Yasuhiro Arimura, Yuka Mizukami, Naoki Horikoshi, Kazumi Saikusa, Satoko Akashi, Yoshifumi Nishimura, Sam-Yong Park, Jumpei Nogami, Kazumitsu Maehara, Yasuyuki Ohkawa, Atsushi Matsumoto, Hidetoshi Kono, Rintaro Inoue, Masaaki Sugiyama, Hitoshi Kurumizaka
  • 雑誌名: Science 巻: 356 号: 6334 ページ: 205-208
  • DOI: 10.1126/science.aak9867
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Predicting conformational ensembles and genome-wide transcription factor binding sites from DNA sequences (2017)
  • 著者名/発表者名: Andrabi Munazah、... 、Kono Hidetoshi、Nussinov Ruth、Mizuguchi Kenji、Ahmad Shandar
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 4071-4071
  • DOI: 10.1038/s41598-017-03199-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Covalent Modifications of Histone H3K9 Promote Binding of CHD3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Tencer Adam H.、....、Kono Hidetoshi、Poirier Michael G.、Musselman Catherine A.、Kutateladze Tatiana G.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 21 号: 2 ページ: 455-466
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.09.054
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Accessibility of the histone H3 tail in the nucleosome for binding of paired readers (2017)
  • 著者名/発表者名: Gatchalian Jovylyn、Wang Xiaodong、Ikebe Jinzen、Cox Khan L.、Tencer Adam H.、Zhang Yi、Burge Nathaniel L.、Di Luo、Gibson Matthew D.、Musselman Catherine A.、Poirier Michael G.、Kono Hidetoshi、Hayes Jeffrey J.、Kutateladze Tatiana G.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 1489-1489
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01598-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] H4 Tails Potentially Produce the Diversity in the Orientation of Two Nucleosomes (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishida Hisashi、Kono Hidetoshi
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 113 号: 5 ページ: 978-990
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2017.07.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヌクレオソーム中におけるヒストンテールの特性とアセチル化の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池部仁善; 櫻庭俊; 河野秀俊
  • 雑誌名: 日本生物物理学会誌 巻: 57 ページ: 095-095
  • NAID: 130005509480
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spotting the difference in molecular dynamics simulations of biomolecules (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakuraba, S.; Kono, H.
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 145 号: 7 ページ: 074116-074116
  • DOI: 10.1063/1.4961227
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distinct Roles of Histone H3 and H2A Tails in Nucleosome Stability (2016)
  • 著者名/発表者名: Li, Z.; Kono, H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 31437-31437
  • DOI: 10.1038/srep31437
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] H3 histone tail conformation within the nucleosome and the impact of K14 acetylation studied using enhanced sampling simulation (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Ikebe, S. Sakuraba and H. Kono,
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: 12 号: 3 ページ: e1004788-e1004788
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1004788
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two arginine residues suppress the flexibility of nucleosomal DNA in the canonical nucleosome core. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kono H, Shirayama K, Arimura Y, Tachiwana H, Kurumizaka H.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 号: 3 ページ: e0120635-e0120635
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0120635
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intensity of diffracted X-rays from biomolecules with radiation damage caused by strong X-ray pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: Kai, T., Tokuhisa, A., Moribayashi, K., Fukuda, Y., Kono, H. & Go, N
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 号: 9 ページ: 094301-094301
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.094301
  • NAID: 210000133248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local Dynamics Coupled to Hydration Water Determines DNA-sequence Dependent Deformability (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nakagawa, Y. Yonetani, K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, T.Kikuchi, Y. Inamura, M. Kataoka, H. Kono
  • 雑誌名: Physical Reiew E 巻: 90 号: 2 ページ: 022723-022723
  • DOI: 10.1103/physreve.90.022723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive lambda square dynamics simulation: an efficient conformational sampling method for biomolecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikebe, J., Sakuraba, S. & Kono, H.
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 35 号: 1 ページ: 9-50
  • DOI: 10.1002/jcc.23462
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociation Free-Energy Profiles of Specific and Nonspecific DNA-Protein Complexes (2013)
  • 著者名/発表者名: Yonetani, Y. & Kono, H
  • 雑誌名: J Phys Chem B 巻: 117 号: 25 ページ: 7535-45
  • DOI: 10.1021/jp402664w
  • 査読あり
• [学会発表] Mono- and Di- nucleosome Dynamics Studied by Molecular Modeling and Simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kono, H.
  • 学会等名: The 8th Taiwan-Japan Joint Meeting on Neutron and X-ray Scattering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スーパーコンピュータでみる分子の形と動き (2018)
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊
  • 学会等名: 一般公開シンポジウム、遺伝子研究の最前線
• [学会発表] Distinct Roles of H3 and H2A tails in linker DNA dynamics. (2017)
  • 著者名/発表者名: Li, Z.; Ikebe, J.; Sakuraba, S.; Kono, H.
  • 学会等名: Biophysical Society 61th Annual Meeting
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA （海外）
  • 年月日: 2017-02-11
  • 国際学会
• [学会発表] THE FREE-ENERGY LANDSCAPE OF THE DI-NUCLEOSOME: A CRITICAL ROLE OF THE H4 TAILS FOR THE NUCLEOSOME-NUCLEOSOME CONFORMATION. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishida, H.; Kono, H.
  • 学会等名: Biophysical Society 61th Annual Meeting
  • 発表場所: New Orleans, Louisiana, USA （海外）
  • 年月日: 2017-02-11
  • 国際学会
• [学会発表] アセチル化、メチル化によるヒストンH3テールの振る舞いの変化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊; Di, L.; 池部仁善; 櫻庭俊,
  • 学会等名: 第34回染色体ワークショップ・第15回核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: 千葉・木更津・かずさDNA（国内）
  • 年月日: 2017-01-11
• [学会発表] Impact of post-translational modifications on the structure and dynamics of nucleosome (2017)
  • 著者名/発表者名: Kono, H., Luo, D.
  • 学会等名: 1st QST International Symposium"Quantum Life Science"
  • 国際学会
• [学会発表] Free energy analysis of the Nucleosome-Nucleosome interaction analyzed by Biomolecular Simulations (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishida, H.; Kono, H.
  • 学会等名: 1st QST International Symposium"Quantum Life Science"
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Post-Translational Modifications on Histone H3 tail on Nucleosome Structure and Dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Kono, H.
  • 学会等名: EMBO Conference: The Nucleosome: From Atoms to Genomes
  • 国際学会
• [学会発表] Role of tails in intra-nucleosome and inter-nucleosomes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kono, H.
  • 学会等名: 1st Munche-Japan mini-Symposium,Chromatin Structure and Function
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヒストンH3翻訳後修飾のヌクレオソーム動態に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒストン翻訳後修飾はヌクレオソームの安定性を変える (2017)
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊
  • 学会等名: 第40回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] セントロメア特異的なクロマチン構造の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木翠; 立名和博昭; 滝沢由政; 松本淳; 河野秀俊; Wolf, M.; 胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神奈川・横浜・パシフィコ横浜（国内）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] 特殊なヌクレオソームの立体構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 加藤大貴; 越阪部晃永; 足立風水也; 水上優夏; 有村泰宏; 七種和美; 明石知子; 西村善文; 朴三用; 松本淳; 河野秀俊; 井上倫太郎; 杉山正明; 胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神奈川・横浜・パシフィコ横浜（国内）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] 転写因子のアクティビィティは結合サイト及びその周辺領域のDNA特性の関係できまる (2016)
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡・福岡・福岡国際会議場（国内）
  • 年月日: 2016-06-07
  • 招待講演
• [学会発表] Distinct Roles of Histone H3 and H2A Tails in Nucleosome Stability (2016)
  • 著者名/発表者名: Li, Z.; Kono, H.
  • 学会等名: Chromatin Structure & Function, Gordon Conference
  • 発表場所: Les Diablerets, Switzerland （海外）
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Histone Variant and Post-translational Modification on Nucleosome (2016)
  • 著者名/発表者名: Kono, H., Ikebe, J., Sakuraba, S. and Ishida, H.
  • 学会等名: Biophysical Society 60th Annual Meeting
  • 発表場所: Los Angeles Convention Center (Los Angels, CA, USA)
  • 年月日: 2016-02-27
  • 国際学会
• [学会発表] Role of H3 and H2A Tails on Nucleosome Stability (2016)
  • 著者名/発表者名: Kono, H.
  • 学会等名: Colorado Chromatin Meeting 2016
  • 発表場所: Colorado State Univ., Colorado, USA （海外）
  • 国際学会
• [学会発表] Role of histone variant and histone tails within the nucleosome and the impact of H3 tail acetylation studied using enhanced sampling simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Ikebe J, Li Z, Sakuraba S, Ishida H, Kono H.
  • 学会等名: 4th International Symposium of the Mathematics on Chromatin Live Dynamics Hiroshima
  • 発表場所: JMSアステールプラザ(広島県広島市)
  • 年月日: 2015-12-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impact on nucleosome dynamics via histone variants and post-translational modifications (2015)
  • 著者名/発表者名: Kono, H.
  • 学会等名: スパコン「京」がひらく科学と社会; Supercomputational Life Science 2015 (SCLS 2015)
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区)
  • 年月日: 2015-10-20
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics of nucleosomes and impact of acetylation (2015)
  • 著者名/発表者名: Kono H, Ikebe J, Sakuraba S, Ishida H.
  • 学会等名: International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics, and Function
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • 年月日: 2015-08-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Differences in Dynamics among Nucleosomes with Distinct Histone Compositions (2015)
  • 著者名/発表者名: Kono, H.
  • 学会等名: RIKEN Epigenetics in Kobe
  • 発表場所: 理研再生科学総合研究センター（神戸）
  • 年月日: 2015-02-14
  • 招待講演
• [学会発表] Free Energy Profile for Nucleosomal DNA Unwrapping (2015)
  • 著者名/発表者名: Kono, H., Sakuraba, S. & Ishida, H.
  • 学会等名: Biophysical Society 59th Annual Meeting
  • 発表場所: 米国 ボルチモア
  • 年月日: 2015-02-07 – 2015-02-11
• [学会発表] Conformational sampling of unmodified and acetylated H3 histone tails on a nucleosome by all-atom model molecular dynamics simulations (2015)
  • 著者名/発表者名: Ikebe, J., Sakuraba, S. & Kono, H.
  • 学会等名: Biophysical Society 59th Annual Meeting
  • 発表場所: 米国 ボルチモア
  • 年月日: 2015-02-07 – 2015-02-11
• [学会発表] 生体分子MDの間違い探し (2014)
  • 著者名/発表者名: 櫻庭俊、河野秀俊
  • 学会等名: 第28回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 市民会館（仙台）
  • 年月日: 2014-11-12 – 2014-11-14
• [学会発表] シミュレーションによる動的クロマチンダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊
  • 学会等名: 分子研研究会「細胞核内反応の分子化学」
  • 発表場所: 分子研（岡崎）
  • 年月日: 2014-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] ヌクレオソームにおけるH3ヒストンテールの構造アンサンブル (2014)
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊、池部仁善
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜（横浜）
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding Protein-DNA Recognition by Structural Bioinformatics and Molecular Dynamics Simulation
  • 著者名/発表者名: Kono, H.
  • 学会等名: Second BMIRC International Symposium on Advances in Bioinformatics and Medical Engineering
  • 発表場所: Center of Iizuka Research and Development, Iizuka, Fukuoka
  • 招待講演
• [学会発表] 立体構造から探るタンパク質-DNA 認識機構
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊
  • 学会等名: 2013 年年会生命医薬情報学連合大会
  • 発表場所: タワーホール船堀、東京
  • 招待講演
• [学会発表] Free Energy Profile for Nucleosomal DNA Unwrapping
  • 著者名/発表者名: Kono, H., Yonetani, Y., Ikebe, J., Sakuraba, S. & Ishida, H.
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館、京都
  • 招待講演
• [学会発表] Adaptive lambda square dynamics simulation: an efficient conformational sampling method for biomolecules
  • 著者名/発表者名: Ikebe, J., Sakuraba, S. & Kono, H.
  • 学会等名: Biophysical Society 58th Annual Meeting
  • 発表場所: San Francisco、米国
• [学会発表] DISSOCIATION FREE-ENERGY PROFILES OF SPECIFIC AND NON-SPECIFIC DNA-LACREPRESSOR COMPLEXES:ADAPTIVE BIASINGFORCE MOLECULAR DYNAMICS STUDY
  • 著者名/発表者名: Kono, H. & Yonetani, Y.
  • 学会等名: Biophysical Society 58th Annual Meeting
  • 発表場所: San Francisco、米国
• [学会発表] CENP-Aヌクレオソーム特異的なDNA構造の構造生物学的・生化学的解析
  • 著者名/発表者名: Shirayama, K., Arimura, Y., Tachiwana, H., Kono, H. & Kurumizaka, H.
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
• [学会発表] CENP-A ヌクレオソームにおける動的なDNA構造とその制御機構
  • 著者名/発表者名: Arimura, Y., Osakabe, A., Shirayama, K., Takeda, Y., Miya, Y., Tachiwana, H., Kono, H. & Kurumizaka, H.
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、神戸
• [学会発表] H3ヒストンテールの構造とダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 河野秀俊、池部仁善
  • 学会等名: 第31回 染色体ワークショップ・第12回 核ダイナミクス研究会
  • 発表場所: ホテルおかだ、神奈川
• [学会発表] Adaptive lambda square dynamics simulation: an efficient conformational sampling method for biomolecules
  • 著者名/発表者名: Ikebe, J., Sakuraba, S. & Kono, H.
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館、京都