コヒーシンの浸透圧によるDNAループの形成機構

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03558
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 山本 哲也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40610027)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: DNAループ形成 / コヒーシン

研究実績の概要

ループ形成過程のダイナミクスを調べるために、DNAの運動を表す一番シンプルなモデルであるラウスモデルを、コヒーシンの浸透圧機構によるループ形成機構を考慮に入れて拡張した。コヒーシンの浸透圧機構は、コヒーシンモノマーの浸透圧によって、コヒーシンダイマーが一方向運動することがループの形成機構であることを予言する。コヒーシンダイマーを構成する二つのユニットが反対の方向に一方向運動するときにはループが成長するが、同じ方向に運動するときにはループは成長しない。そのため、ユニットの運動方向がランダムに決まる場合にはループ形成によってDNAがあまり縮まないが、ユニットの運動方向が反対になるような制御機構があると仮定するとDNAが縮むことが分かった。どちらの場合にの、DNAの縮み方は、ループ端とコヒーシンのローディングサイトの間の距離に大きく依存することが分かった。

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

当初の計画通り、高分子ダイナミクスの簡単なモデルを、浸透圧機構を考慮に入れることによって拡張した。

今後の研究の推進方策

フォースダイポールのアイデアは、先にコラボレータに出されてしまったので（S. Put, T. Sakaue, and C. Vandersande, Phys. Rev. E, 2019）、他のことを考えなければならないかもしれない。提案させていただいた方向性で、他のコラボレータ（笹井理生先生）と新しいアイデア（CTCFとコヒーシンとが相互作用すると互いに安定化することと、転写によってループが壊されることを考慮に入れると、CTCFのoccupancyのパターンが予言できること）を思い浮かんだ。今後は、その動力学モデルを完成させて、それを発展させることによって、本研究課題の目的を達成する。

次年度使用額が生じた理由

2018年度中に論文を執筆したが、掲載までに間に合わなかったので、論文投稿料（APC）を2018年度中に支払うことができなかった。また、Nature Communicationsへの投稿を考えていたが、Europhysics Lettersにしたので、結局、論文投稿料がいらなくなった。

研究成果

• [国際共同研究] ライデン大学(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: ライデン大学
• [雑誌論文] Coil-globule transitions drive discontinuous volume conserving deformation in locally restrained gels (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Yamamoto, Yuichi Masubuchi, and Masao Doi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 2062
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04533-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Transcription driven phase separation in chromatin brush (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Yamamoto and Helmut Schiessel
  • 学会等名: BDR Simposium 2019, Control and Design of Biosystems
• [学会・シンポジウム開催] Workshop on chromatin biophysics (2018)