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2015 年度 実施状況報告書

ゲノム動力学による転写制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 26610130
研究機関名古屋大学

研究代表者

笹井 理生  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30178628)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードクロマチン / ゲノム / 分子動力学計算 / 転写制御
研究実績の概要

ゲノム動力学による転写制御機構の解明を行うため、ヒトの繊維芽細胞の核内ゲノムの立体構造を計算する理論モデル構築に向けて研究を行った。1Mb解像度の計算を行い、染色体の核内分布を再現するモデルを作成した。このモデルにより、G1期初期の核小体形成が核内の染色体分布に決定的な影響を与えること、染色体と核小体の相互作用が染色体の大まかな構造を決めることを明らかにした。
さらに、10kb解像度モデルの構築を目指して、拡張3C法(Hi-C法)実験データを分析した。CTCF結合によるループ形成点をHi-C法データから精度よく求めるアルゴリズムを開発した。ヒストン修飾などエピジェノム情報を20次元ベクトルとして表現し、核小体形成部位を高精度で予測する計算法を開発した。
また、酵母の間期核内ゲノム構造の計算を行い、tRNA遺伝子の局在を表現するモデルを構築した。このモデルを用いて、テロメアのアンカーを失った変異体において発現レベルが下がった遺伝子の核内分布が合理的に説明できることを示した。

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

27年度までの研究により、ヒトのゲノム構造計算では、エピジェネティックな情報から染色体間の相互作用を予測できる可能性が示され、理論の発展にとってヒントを得た。この手がかりをもとに、28年度はモデル構築を大きく前進させることができると考えられる。

今後の研究の推進方策

27年度までに開発された計算手法をさらに発展させ、28年度にはヒトゲノムの合理的な構造モデルを構築する。このモデルを用いて、構造と転写活性の関係、マイクロメートルスケールの染色体ダイナミクス、クロマチンドメインの形成と崩壊など、生物学的に重要な問題について研究を行う。

次年度使用額が生じた理由

28年度に成果発表のため、論文投稿および旅費を計上する必要が生じたため、27年度予算を28年度に繰り越して使用することにした。

次年度使用額の使用計画

英文校正、論文投稿料、および2017年1月にロスアンジェルス近郊で開かれるシステム生物学についての国際会議で成果発表するための旅費に用いる

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 その他

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

  • [国際共同研究] State University of New York(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      State University of New York
  • [雑誌論文] Liquid-like behavior of chromatin2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Maeshima, Satoru Ide, Kayo Hibino and Masaki Sasai
    • 雑誌名

      Current Opinion in Genetics and Development

      巻: 37 ページ: 36-45

    • DOI

      10.1016/j.gde.2015.11.006

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 真核細胞のルースな遺伝子制御とクロマチン動態2016

    • 著者名/発表者名
      笹井理生,寺田智樹
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 56 ページ: 106-108

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiple coupled landscapes and non-diabatic dynamics with applications to self activating genes2015

    • 著者名/発表者名
      Cong Chen, Kun Zhang, Haidong Feng, Masaki Sasai and Jin Wang
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 17 ページ: 29036-29044

    • DOI

      10.1039/C5CP04780C

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of collective histone state dynamics on epigenetic landscape and kinetics of cell reprogramming2015

    • 著者名/発表者名
      S. S. Ashwin and Masaki Sasai
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 16746_1-12

    • DOI

      10.1038/srep16746

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Fluctuating Three-Dimensional Genome Architecture and Gene Regulation2016

    • 著者名/発表者名
      Masaki Sasai
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Protein Folding Dynamics
    • 発表場所
      ガルベストン市、テキサス州
    • 年月日
      2016-01-10 – 2016-01-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chromatin Domains and Heterogeneous Transcription Activities2015

    • 著者名/発表者名
      N. Tokuda, S. Fujishiro and M. Sasai
    • 学会等名
      International Symposium on Chromatin Structure, Dynamics and Function
    • 発表場所
      兵庫県淡路
    • 年月日
      2015-08-23 – 2015-08-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Eukaryotic gene regulation and chromosome architecture2015

    • 著者名/発表者名
      Masaki Sasai
    • 学会等名
      CSRC Workshop on Kinetics of Enzymes and Molecular Machines
    • 発表場所
      北京
    • 年月日
      2015-08-18 – 2015-08-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fluctuations and histone state dynamics on topology of epigenetic landscape2015

    • 著者名/発表者名
      Ashwin S. S. and Masaki Sasai
    • 学会等名
      New Frontiers in Non-equilibrium Statistical Physics
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2015-08-17 – 2015-08-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Eddy current flow of probability in stochastic gene expression dynamics in eukaryotes2015

    • 著者名/発表者名
      Baswati Bhattacharyya and Masaki Sasai
    • 学会等名
      New Frontiers in Non-equilibrium Statistical Physics
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2015-08-17 – 2015-08-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Eukaryotic chromatin folding and gene regulation2015

    • 著者名/発表者名
      Masaki Sasai
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Theoretical and Computational Physics
    • 発表場所
      ダラット市, ベトナム
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-30
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-01-27  

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