| 研究課題/領域番号 |
20J12411
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分43040:生物物理学関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
三村 真大 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 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 |
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | 液-液相分離 / DNA / ヒストンタンパク質 / クロマチン / タンパク質 / 遺伝子転写 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞内のDNAは、ヒストンなどの核内タンパク質とともに液-液相分離した状態で凝縮していることが明らかとなりつつあり、遺伝子制御機構の理解を進める新たな手がかりとして注目を集めている。本研究では、この液-液相分離という新たな状態がどのように生じ、解消されるのか、その制御機構を解明することを目的とする。また、液-液相分離した領域内での転写反応を観察することで、この状態の生物学的意義を解明したい。
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| 研究実績の概要 |
生体高分子が引き起こす液-液相分離現象（以下、相分離）は、細胞内で特定の分子を区画化する“膜のないオルガネラ”の形成メカニズムとして注目を集めている。DNAは、ヒストンタンパク質と相分離を引き起こすことで遺伝子転写の制御に寄与する可能性が示唆されており、相分離を介した生体反応制御において重要な分子だと考えられる。本研究では、DNAとヒストンタンパク質の相分離機構の解明を目的としており、昨年度はDNAの四重鎖構造へのフォールディングがヒストンH1との相分離の制御に重要な役割を果たしていることを見出した。本年度は、更なる詳細な分子機構の解明を行うために、DNAの化学構造とヒストンの翻訳後修飾の相分離現象への影響をそれぞれ調査した。
DNAの核酸塩基、デオキシリボース、リン酸基を部分的に欠くDNAオリゴマーをヒストンH1と多様な条件で混合し、顕微鏡観察をベースとした相図を作成した。その結果、カチオン性のヒストンH1とアニオン性のDNAのリン酸基との静電相互作用だけでなく、核酸塩基が関わるπ電子相互作用やデオキシリボースが関わるファンデルワールス相互作用もまた相分離を促進していることがわかった。
ヒストンH3テールの配列を模したペプチドをDNAと混合すると相分離が誘起された。一方、ペプチドに含まれるリジン残基がアセチル化されると相分離が阻害され、その阻害効果はアセチル化部位に依存していることが判明した。具体的には、ペプチドの末端に近い部位のアセチル化ほど、相分離を強く阻害することがわかった。
本研究から、カチオン性のタンパク質とDNAの相分離は、荷電性部位間の相互作用だけでなく、電荷を持たない部位や化学修飾のわずかな違いに依存した相互作用によって制御を受けることが実験的に明らかになった。生体高分子の相分離機構の理解は、生命現象やバイオテクノロジーの発展に寄与するだろう。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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