| 研究課題/領域番号 |
19H01860
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
笹井 理生 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30178628)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | ゲノム立体構造 / シミュレーション / クロマチン / 相分離 / ダイナミクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ゲノムは抽象的な1次元配列ではなく、3次元空間でダイナミックに動きながら構造をつくる物理的実体であり、その特性を理解することは細胞の理解と制御にとって重要な課題である。本研究では、ゲノムDNAの立体構造形成メカニズムを解明するため、機械学習、分子動力学計算、統計力学理論を組み合わせた新しい計算理論を開発して、ゲノムDNAの運動と細胞機能の相関など、細胞の理解と制御にとって本質的な問題の解析に適用する。
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| 研究成果の概要 |
クロマチンの物理的性質に基づきヒトゲノムの立体構造と運動を定量的に導く、世界初の分子動力学計算を行った。クロマチン局所物性を推定する新しい方法を開発して、クロマチン局所領域間に不均一な斥力が働くことを示し、クロマチン局所領域の相分離によりゲノム立体構造が生成されるという仮説を提唱して、その検証を行った。さらに、転写の阻害など細胞に加えられた様々な摂動に対するゲノム構造と運動の応答を計算し、1細胞計測のグループと連携して、運動モードと転写活性の関係を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ゲノム立体構造は、DNA情報の読み取りや複製に大きな影響を与えるため、計算シミュレーションによる解明が待たれていた。本研究では、クロマチンの物理的性質が染色体の中で不均一であることに注目し、クロマチンの不均一な運動によって生じる相分離がゲノム立体構造を形成する駆動力であることを示した。本研究で開発した計算法は、多くの実験データを統一的に説明すると同時に、ゲノム立体構造のダイナミックな揺らぎを予測するものである。この計算法は、ゲノム立体構造解析の新しい方法として、細胞制御機構への理解に向けて重要な貢献をすると期待される。
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