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遺伝子発現の力学的・回路的制御機構の実験・シミュレーションデータ駆動型研究

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 26120525
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 複合領域
研究機関広島大学

研究代表者

粟津 暁紀  広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00448234)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード染色体動態 / DNA動態 / 遺伝子発現制御 / 染色体粗視化モデル / 遺伝子発現揺らぎ
研究実績の概要

本研究の目的は、真核生物の遺伝子発現制御に対するDNA動態による「力学的寄与」と、転写ネットワークによる「回路的寄与」を、実験データ解析及び粗視化分子動力学モデルの構築とそのシミュレーションデータ解析により分別し、その役割を明らかにする事である。平成27年度は以下のような研究成果を得た。
1)遺伝子発現が活発なユークロマチン領域と発現が抑制されているヘテロクロマチン領域の、核内における物路的な配置制御のメカニズムについて、粗視化分子動力学モデルを用いて考察し、核地震の動的な変形運動が、それらのクロマチン領域の核内分布に大きな寄与を果たす事を見出した。
2)DNAの配列に依存した転写制御機能のメカニズムを考察するため、DNA結晶構造解析で観察されるDNAの揺らぎを再現する全原子モデル、そのモデルの動態を再現する粗視化分子モデルを構築した。そしてDNA自身による転写制御機能の実現に重要な寄与を果たす、配列依存的なヌクレオソーム形成・排他性と、DNAの構造と柔軟性との関係を網羅的に考察し、DNAの2本鎖間の揺らぎとヌクレオソーム形成性が、正の相関を示す事を明らかにした。
3)遺伝子発現の揺らぎと環境変動に対する発現応答性の関係から、遺伝子発現制御の背景に潜む制御機構を明らかにするため、モデル植物として発現データが系統的に取得されているシロイヌナズナ遺伝子発現データを用い、発現の揺らぎと環境応答性の関係(Noise-Plasticity relation)を考察した。その結果、酵母をに対する先行研究とは大きく異なる性質が、シロイヌナズナでは見られ、それが染色体構造に由来する可能性を提案した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Excluded volume effect enhances the homology pairing of model chromosomes2016

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Takamiya, Keisuke Yamamoto, Shuhei Isami, Hiraku Nishimori, and Akinori Awazu
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 7 号: 2 ページ: 66-75

    • DOI

      10.1587/nolta.7.66

    • NAID

      130005142592

    • ISSN
      2185-4106
    • 関連する報告書
      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] Simple Elastic Network Models for Exhaustive Analysis of Long Double-Stranded DNA Dynamics with Sequence Geometry Dependence2015

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Isami, Naoaki Sakamoto, Hiraku Nishimori, and Akinori Awazu
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 10 号: 12 ページ: 143760-143760

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0143760

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nuclear dynamical deformation-induced hetero- and euchromatin positioning2015

    • 著者名/発表者名
      A. Awazu
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 92 号: 3 ページ: 032709-032709

    • DOI

      10.1103/physreve.92.032709

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Noise-plasticity correlations of gene expression in the multicellular organism Arabidopsis thaliana2015

    • 著者名/発表者名
      Koudai Hirao, Atsushi J. Nagano, and Akinori Awazu
    • 雑誌名

      J. Theo. Bio.

      巻: 387 ページ: 13-22

    • DOI

      10.1016/j.jtbi.2015.09.017

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Segregation and phase inversion of strongly and weakly fluctuating Brownian particle mixtures and a chain of such particle mixtures in spherical containers2014

    • 著者名/発表者名
      Akinori Awazu
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 90 号: 4 ページ: 042308-042308

    • DOI

      10.1103/physreve.90.042308

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 真核生物核内染色体動態と減数分裂時対合形成の動力学モデル2016

    • 著者名/発表者名
      粟津暁紀
    • 学会等名
      新学術領域「少数性生物学」 研究成果報告会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2016-03-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Coarse-grained model of micro and macro chromatin dynamics in nucleus2015

    • 著者名/発表者名
      粟津暁紀
    • 学会等名
      生命ダイナミクスの数理とその応用
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-12-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 網膜桿体細胞における核内染色体構造形成と光情報伝達仮定の数理モデル2015

    • 著者名/発表者名
      粟津暁紀
    • 学会等名
      日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Pattern formations of a polymer consisting of “hot” and “cold” monomers as a model of chromosome (Kyoto University, Japan)2014

    • 著者名/発表者名
      Akinori Awazu
    • 学会等名
      THE 4D NUCLEOME 2014
    • 発表場所
      安芸グランドホテル
    • 年月日
      2014-12-17 – 2014-12-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 局所的に揺らぎの強さが異なる非平衡バネビーズ系の構造形成2014

    • 著者名/発表者名
      粟津暁紀
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ランスクリプトームデータの揺らぎ解析2014

    • 著者名/発表者名
      粟津暁紀
    • 学会等名
      超高速環境パラメータ最適化の研究会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      2014-08-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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