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2019 年度 実施状況報告書

コヒーシンの浸透圧によるDNAループの形成機構

研究課題

研究課題/領域番号 18K03558
研究機関北海道大学

研究代表者

山本 哲也  北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任准教授 (40610027)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードコヒーシン / ループ押し出し / DNA / ダイナミクス
研究実績の概要

高分子ダイナミクスの一番シンプルなモデルであるラウスモデルを拡張し、DNAがコヒーシンのループ押し出しによって一定のレートで押し出されるときのDNAの形状ダイナミクスをグリーン関数を用いて解析した。この解析によって、相分離ドメイン(転写装置凝集体)界面付近のDNAは、界面から離れたところにあるDNAと非常にことなるダイナミクスを示すことを明らかにした。界面付近のDNAの場合には、エンハンサの部分が界面に束縛されているので、ループ押し出しで発生した張力がもう一方の先端に伝わるまで(ラウス時間まで)界面付近のDNAが縮まないのに対して、界面から離れたDNAの場合には、ループ押し出しによって発生した張力がコヒーシンがついているDNAセグメント自体を動かすので、押し出しと同期してDNAが縮むためである。また、相分離ドメイン界面付近のDNAがループ押し出しされることによって、界面付近のDNAセグメントの密度が高くなり、界面と平行に表面圧力を発生することを示した。コヒーシンのロード時間を短くすると、ループ押し出しによって発生する表面圧力が大きくなるという結果を得た。表面圧力は、相分離ドメインの実効的な表面張力を小さくする。相分離ダイナミクスの理論によると、内部圧力(実効的な表面張力に比例)の大きいドメインから内部圧力の小さいドメインに物質移動が起こる。従って、本理論から、ループ押し出しを止めると相分離ドメインは小さくなると考えられるが、この予言は、コヒーシンを染色体から取り外すとスーパーエンハンサの間の接触頻度が小さくなるというRaoらの実験(Rao et al., Cell, 2017)とコンシステントである。

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

DNAをラウスモデルで扱い、ループ押し出しが起こった時のDNAの運動を解析することができた。また、溶液中と界面でDNAの運動が非常に異なるという知見を見出すことができた。ループ押し出しが相分離ドメインの成長ダイナミクスに与える影響の解析もすることができた。

今後の研究の推進方策

染色体をABブロック共重合体として扱う。本年度構築した理論を拡張して、ループ押し出しが染色体の構造因子に与える影響を解析し、ループ押し出しがミクロ相分離構造にどのような影響を与えるかということを明らかにする計画である。

次年度使用額が生じた理由

所属機関の変更に伴い、出張計画にも変更が生じたため。また、2020年2-3月にCOVID-19の影響で国際会議・シンポジウムがキャンセルとなってしまった。次年度は、実現できなかった共同研究先への旅費・滞在費及び、研究成果発表のための旅費として未使用額を執行する予定である。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Leiden University(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      Leiden University
  • [雑誌論文] Loop extrusion drives very different dynamics for Rouse chains in bulk solutions and at interfaces2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Yamamoto, Takahiro Sakaue, and Helmut Schiessel
    • 雑誌名

      Europhysics Letters

      巻: 127 ページ: 38002

    • DOI

      10.1209/0295-5075/127/38002

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dilution of contact frequency between superenhancers by loop extrusion at interfaces2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Yamamoto and Helmut Schiessel
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 15 ページ: 7635-7643

    • DOI

      10.1039/C9SM01454C

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Transcription dynamics of DNA at interfaces2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Yamamoto
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 招待講演
  • [備考]

    • URL

      https://www.icredd.hokudai.ac.jp/yamamoto-tetsuya

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公開日: 2021-01-27  

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