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クロマチン構造と共役した転写因子動態の分子シミュレーション研究

公募研究

研究領域高精細アプローチで迫る転写サイクル機構の統一的理解
研究課題/領域番号 15H01351
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
研究機関京都大学

研究代表者

高田 彰二  京都大学, 理学研究科, 教授 (60304086)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
2016年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2015年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワードクロマチン / 転写因子 / 分子シミュレーション / ChIP-seq / ヌクレオソーム
研究実績の概要

本研究の目的は、1)独自の粗視化分子シミュレーション技法にChIP-seq のデータを取り込む新しい方法を開発し、2)クロマチン構造が転写因子動態に及ぼす影響、およびその逆を、分子構造に基づいて高い時間空間分解能で明らかにすることであった。
1について、Protein Binding MicroarrayのデータべースUniPROBEからPosition Weight Matrixを得、それを蛋白質DNA相互作用に反映させて分子動力学シミュレーションを行う手法を開発し、実装することに成功している。塩基配列特異性を反映させるために、蛋白質とDNAの距離だけでなく角度にも依存する相互作用関数を導入した。これを利用して、TATA結合蛋白質等の種々のDNA結合蛋白質の分子シミュレーションを行い、結合動態を解析した。興味深いことにTATA結合蛋白質は、非特異的な配列に対しては静電相互作用を通じて、特異的な結合面と反対の側を向けて相互作用する確率が比較的高かった。そのため、特異配列に到達しても、結合面が異なるために特異配列を通過する現象が見られた。
2について、2本鎖DNA上にテトラサイクリンリプレッサーあるいはEcoRIを障害物として結合させた系に、小型転写因子のDNA結合ドメインであるwing helix domainを置いて、小型転写因子の動態を解析した。小型転写因子はテトラサイクリンリプレッサー結合部位を容易に通過することができたが、EcoRI結合部位の通過はかなり難しかった。これは、障害物分子の形状と関係しており、EcoRIがDNAを巻くように結合していることに起因している。また、障害物があることによって、小型転写因子のDNAからの解離が誘導されることを見出した。障害物近傍では、DNAからの負の静電ポテンシャルが弱まっており、それが小型転写因子の結合を弱め、解離を誘導した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Near-atomic structural model for bacterial DNA replication initiation complex and its functional insights2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shimizu, Yasunori Noguchi, Yukari Sakiyama, Hironori Kawakami, Tsutomu Katayama, and Shoji Takada
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences USA

      巻: 113 号: 50

    • DOI

      10.1073/pnas.1609649113

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Histone acetylation dependent energy landscapes in tri-nucleosome revealed by residue-resolved molecular simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Le Chang and Shoji Takada
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 号: 1

    • DOI

      10.1038/srep34441

    • NAID

      120005850270

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dynamic Coupling among Protein Binding, Sliding, and DNA Bending Revealed by Molecular Dynamics2016

    • 著者名/発表者名
      Cheng Tan, Tsuyoshi Terakawa, and Shoji Takada
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 138 号: 27 ページ: 8512-8522

    • DOI

      10.1021/jacs.6b03729

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] On the ATP binding site of the ε subunit from bacterial F-type ATP synthases2016

    • 著者名/発表者名
      Alexander Krah, and Shoji Takada
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics

      巻: 1857 号: 4 ページ: 332-340

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2016.01.007

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Coarse-grained molecular simulations for giant protein-DNA complexes2017

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      American Physical Society Metting, New Orleans March 2017
    • 発表場所
      New Orleans(USA)
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Protein folding and misfolding studied by molecular simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      International IPR Seminar “New Frontiers in Protein Misfolding and Aggregation”
    • 発表場所
      Institute for Protein Research(Osaka)
    • 年月日
      2017-01-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 細菌DNA複製開始複合体の近原子構造モデルと機能解析2016

    • 著者名/発表者名
      清水将裕、野口泰徳、﨑山友香里、川上広宣、片山勉、高田彰二
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2016-11-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sequence-Specific Protein-DNA Interactions for Molecular Simulations Modeled by Position Weight Matrix2016

    • 著者名/発表者名
      Cheng Tan, Shoji Takada
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議(つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
  • [学会発表] Multiscale Modeling of Flexible Biomolecular Complex2016

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      4th International Conference on Molecular Simulation (ICMS 2016)
    • 発表場所
      Shanghai(China)
    • 年月日
      2016-10-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Co-translational folding reaction mechanisms studied by molecular simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      2016-06-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale Modeling of Molecular Motors and Dynamic Protein-Nucleic Acid Complexes2016

    • 著者名/発表者名
      Shoji Takada
    • 学会等名
      Molecular Machines of Life: Simulation Meets Experiment
    • 発表場所
      Hong Kong(China)
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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