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2022 年度 実績報告書

流体力学的相互作用下における3次元ゲノム組織化のモダリティ

公募研究

研究領域DNAの物性から理解するゲノムモダリティ
研究課題/領域番号 21H05763
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

新海 創也  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (60547058)

研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2023-03-31
キーワードゲノム構造 / ゲノム動態 / 高分子モデリング / 流体力学的相互作用
研究実績の概要

我々はこれまでに3次元ゲノム構造解析法であるHi-C法のデータに整合する高分子動態シミュレーション手法「PHi-C法」を開発してきた。本研究課題の進めるにあたり、そのPHi-C法の計算的なボトルネックを解消することに成功したため、前年度末から引き続き、PHi-C法のアップデートおよび論文発表に取り組んだ。その結果はBioinformatics誌に掲載され、ソースコードはhttps://github.com/soyashinkai/PHi-C2で公開しオープソフトウェアとして利用可能である。さらに計算環境構築を必要としないクラウド計算環境(https://bit.ly/3rlptGI)も整備した。更新されたPHi-C法を利用することで、Hi-Cデータから高精度なゲノム高分子モデリングが可能になった。
本年度はそのようなゲノム高分子モデルを対象に流体力学的相互作用がそのダイナミクスに与える影響を調べた。特に、分裂期の凝縮染色体が再び間期に向かう期間でのHi-Cデータを用いることで、染色体サイズにわたる大きなゲノム構造の変化に対する流体力学的相互作用の寄与を調べた。前年度までの知見を利用することで、低次モードの高分子の運動は流体力学的相互作用によって緩和時間が促進されることがわかった。分裂期脱出期の高分子シミュレーションからin silico Hi-Cを行うと、実験結果と整合するためにはある程度の流体力学相互作用の寄与がなければその緩和の速さを説明できないことがわかった。さらに、高次モードの運動は500 kbサイズのゲノム領域内で協調的な運動に関係しており、さらに外力からの摂動を遮蔽する効果があることがわかった。これらの知見に基づいて、今後は論文としてまとめる予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

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) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 6件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Condensed but liquid-like domain organization of active chromatin regions in living human cells2023

    • 著者名/発表者名
      Nozaki Tadasu、Shinkai Soya、Ide Satoru、Higashi Koichi、Tamura Sachiko、Shimazoe Masa A.、Nakagawa Masaki、Suzuki Yutaka、Okada Yasushi、Sasai Masaki、Onami Shuichi、Kurokawa Ken、Iida Shiori、Maeshima Kazuhiro
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 ページ: eadf1488

    • DOI

      10.1126/sciadv.adf1488

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] PHi-C2: interpreting Hi-C data as the dynamic 3D genome state2022

    • 著者名/発表者名
      Shinkai Soya、Itoga Hiroya、Kyoda Koji、Onami Shuichi
    • 雑誌名

      Bioinformatics

      巻: 38 ページ: 4984~4986

    • DOI

      10.1093/bioinformatics/btac613

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-nucleosome imaging reveals steady-state motion of interphase chromatin in living human cells2022

    • 著者名/発表者名
      Iida Shiori、Shinkai Soya、Itoh Yuji、Tamura Sachiko、Kanemaki Masato T.、Onami Shuichi、Maeshima Kazuhiro
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 8 ページ: eabn5626

    • DOI

      10.1126/sciadv.abn5626

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 単一分子局在顕微鏡法データの定量解析手法あれこれ2023

    • 著者名/発表者名
      新海創也
    • 学会等名
      第14回光塾
  • [学会発表] Polymer physics for Hi-C data reveals rheological features of chromatin2023

    • 著者名/発表者名
      Soya Shinkai
    • 学会等名
      Genome building from TADs
    • 招待講演
  • [学会発表] 流体力学的相互作用下でのゲノム組織化原理2022

    • 著者名/発表者名
      新海創也
    • 学会等名
      ゲノムモデリング研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞核内の動的で階層的なゲノム2022

    • 著者名/発表者名
      新海創也
    • 学会等名
      非平衡・多階層・複雑系研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Polymer physics for Hi-C data reveals dynamic viscoelastic features of chromatin controlled by SMC proteins2022

    • 著者名/発表者名
      Soya Shinkai
    • 学会等名
      Genome organisation by SMC complexes
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic 3D genome organization in hydrodynamic interactions2022

    • 著者名/発表者名
      Soya Shinkai
    • 学会等名
      Understanding physical properties of the genome
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 3D genome organization driven by hydrodynamic interactions2022

    • 著者名/発表者名
      新海創也
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] Polymer physics for Hi-C data reveals rheological features of chromatin2022

    • 著者名/発表者名
      Soya SHinkai
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 招待講演
  • [備考] PHi-C2

    • URL

      https://github.com/soyashinkai/PHi-C2

  • [備考] 細胞が成長する過程におけるDNAの「ゆらぎ」をとらえた!

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2022/20220606_1/index.html

  • [備考] 転写が盛んなゲノム領域も「塊」を作っていた!

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2023/20230406_1/index.html

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公開日: 2023-12-25  

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