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2016 年度 実績報告書

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

計画研究

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
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

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)

研究期間 (年度) 2013-06-28 – 2018-03-31
キーワードヌクレオソーム / クロマチン / 翻訳後修飾 / アンサンブル / シミュレーション
研究実績の概要

真核生物のゲノムDNAは核内にクロマチン構造としてコンパクトに収納されている。しかし、転写、複製、組換えでは、基本構造であるヌクレオソームからDNAが解けたり、ヌクレオソーム自体が一旦破壊され再構築されたりとその構造をダイナミックに変える。生物は、この過程を通して、制御因子などDNA結合タンパク質のアクセスを制御し、DNAの持つ情報を発現している。本計画班では、分子動力学シミュレーションを用い、原子レベルやアミノ酸や塩基をひとかたまりと見た粗視化レベルで、ヌクレオソームやポリヌクレオソームの構造安定性や構造揺らぎなどがクロマチンに及ぼす影響を調べる。これにより、動的なクロマチンと機能発現メカニズムの関係を明らかにする。さらに、計画班の他の実験研究者と共同し、核内でのクロマチン動態とヒストンバリアントや化学修飾の関係を構造安定性や揺らぎなど計算科学的なアプローチにより定量的に明らかにする。
本年度は、H3 のテールの翻訳後修飾の役割について、全原子分子動力学計算を行い、構造アンサンブルの解析を行った。結果、アセチル化は場所に関わらずへリックス形成を誘導したが、メチル化は構造的な変化は見られなかった。また、アセチル化、メチル化ともにテールの慣性半径が小さくなること、つまり、ある領域に留まることが多くなる傾向が見られた。さらに、メチル化では、テール全体の溶媒露出面積が大きくなることが分かった。
領域内共同研究では、オーバーラッピングダイヌクレオソーム(OLDN)の構造決定に寄与した。ヌクレオソームは通常ヒストン8量体と約150bpのDNAから形成されるが、OLDNではヌクレオソーム同士の会合面からH2A-H2Bが欠落し、約250塩基対のDNAが巻き付いていた。この構造体は、レモデラーやRNAポリメラーゼによってヌクレオソームの破壊ないし位置の変化時に形成される中間体だと思われる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

順調に計算が進んでいる。また、他の計画班との連携も順調である。

今後の研究の推進方策

翻訳後修飾の数、位置とヌクレオソームのダイナミクスや構造にどのように影響を与えるのか、系統時に調べる。また、翻訳後修飾をターゲットにするタンパク質との複合体モデルの構築などを行い、クロマチンの動構造変化を調べる。最終年度であるので、これまでの成果を論文にまとめる。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [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

    • 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 biomolecules2016

    • 著者名/発表者名
      Sakuraba, S.; Kono, H.
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 145 ページ: 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 Stability2016

    • 著者名/発表者名
      Li, Z.; Kono, H.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 31437

    • DOI

      10.1038/srep31437

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [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 – 2017-02-15
    • 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 – 2017-02-15
    • 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 – 2017-01-13
  • [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 – 2016-12-02
  • [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 – 2016-12-02
  • [学会発表] Role of H3 and H2A Tails on Nucleosome Stability2016

    • 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)
    • 年月日
      2016-08-08 – 2016-08-08
    • 国際学会
  • [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 – 2016-06-09
    • 招待講演
  • [学会発表] Distinct Roles of Histone H3 and H2A Tails in Nucleosome Stability2016

    • 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 – 2016-05-27
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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