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2019 年度 実績報告書

転写装置によるクロマチン動態制御の解明

公募研究

研究領域遺伝子制御の基盤となるクロマチンポテンシャル
研究課題/領域番号 19H05273
研究機関国立遺伝学研究所

研究代表者

前島 一博  国立遺伝学研究所, 遺伝メカニズム研究系, 教授 (00392118)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードクロマチン / 転写 / イメージング
研究実績の概要

転写装置の要であるRNAポリメラーゼII(RNAPII)の除去が、クロマチン動態へ及ぼす影響を計測するため、まずRNAPIIを除去するタイプの転写阻害剤であるa-amanitinでヒトRPE1細胞を処理した。するとヌクレオソームの動きは上昇した。さらに、遺伝研・鐘巻らの協力でAID法によるRNAPIIの迅速除去をおこなった。その結果、同様にヌクレオソームの動きが顕著に上昇した。RNAPII活性化の指標であるCTDのSer5リン酸化の阻害剤でも同様の結果が得られている。また、活性化型RNAPIIをクロマチン上にストールさせるactinomycinDでは動きが抑えられた。一方、S期においてDNA複製装置を破壊しても、ヌクレオソームの動きに顕著な違いは検出されなかった。このため、単に巨大な装置がクロマチンに結合することによりクロマチンの動きが低下するわけではないことが明らかとなった。

活性化型RNAPIIの除去がクロマチン動態に与える影響を定量的に計測するため、公募班の名古屋大・笹井らと共にクロマチン動態のポリマーシミュレーションを行った。100kbのクロマチンドメインをバネで連結し、転写ハブを配置した。活性化型RNAPIIがクロマチンとハブの間の一過性の結合を媒介する。このブラウン動力学シミュレーションでは、活性化型RNAPIIを追加すると、予測通りクロマチンの動きは減少し、仮説が確かめられた。さらに笹井らと共に、ゲノムワイドな単一ヌクレオソームの動きデータを統計的に解析する手法を開発した。この手法により、核内のヌクレオソームの動きの多様性が明らかとなった。クロマチンがコヒーシンなどのクロマチン構造タンパク質や転写装置など、様々な要因で束縛され、動きが遅くなっていることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究計画通りに進んでいることに加え、1. DNA複製装置破壊によるクロマチン動態の不変化、2. ゲノムワイドな単一ヌクレオソームの動きデータを統計的に解析する手法開発など、当初の計画には無かった2点の進展があったため。

今後の研究の推進方策

これまで順調に進行しているので、次年度計画も計画に沿って着実に進める。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] Colorado State Univeristy(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Colorado State Univeristy
  • [国際共同研究] Rice University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Rice University
  • [雑誌論文] ラミンとクロマチンの連携による核構造の維持メカニズム(Nuclear integrity maintenance by lamin and chromatin)2020

    • 著者名/発表者名
      島本勇太、前島一博
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 272(2) ページ: 157-161

  • [雑誌論文] Organization of fast and slow chromatin revealed by single-nucleosome dynamics.2019

    • 著者名/発表者名
      Ashwin, S.S., Nozaki, T., Maeshima, K., Sasai, M.
    • 雑誌名

      Proc Natl Acad Sci USA

      巻: 116 ページ: 19939-19944

    • DOI

      10.1073/pnas.1907342116

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic chromatin organization without the 30-nm fiber.2019

    • 著者名/発表者名
      Maeshima, K., Ide, S., Babokhov, M.
    • 雑誌名

      Current Opinion in Cell Biology

      巻: 58 ページ: 95-104

    • DOI

      10.1016/j.ceb.2019.02.003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 遺伝子が転写されるときのヌクレオソームの”動き”を捉えた!2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤か奈、日比野佳代、前島一博
    • 雑誌名

      academist Journal

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] 蛍光マグネシウムイオンプローブの開発とそれを利用した新たな染色体凝縮メカニズムの解明2019

    • 著者名/発表者名
      前島一博、松田知己、永井健治
    • 雑誌名

      マグネシウム(Journal of Japanese society for Magnesium Research)

      巻: 37 ページ: 13-18

  • [学会発表] Chromosome Organization in Living Human Cells Revealed by Single Nucleosome Imaging.2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Maeshima
    • 学会等名
      2020 Telluride Workshop on Physical Genomics and Transcriptional Engineering
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chromosome organization in living cells revealed by single nucleosome imaging.2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Maeshima
    • 学会等名
      42th Molecular Biology Society of Japan Annual Meeting
    • 招待講演
  • [学会発表] Chromatin dynamics and transcription2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Maeshima
    • 学会等名
      57th Biophysical Society of Japan Annual Meeting
    • 招待講演
  • [学会発表] Chromosome organization in living human cells revealed by single nucleosome imaging.2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Maeshima
    • 学会等名
      Joint 12th EBSA-10th ICBP-IUPAP Biophysics Congress
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chromosome organization in living human cells revealed by single nucleosome imaging.2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Maeshima
    • 学会等名
      Francois Jacob Conference “Evolution, Structure and Function of Chromosomes High Order Structure”
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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