Physics of transcription regulation by the assembly of transcriptional condensate and the transcription of enhancer sequence

通过转录凝聚物的组装和增强子序列的转录进行转录调控的物理学

基本信息

批准号：
21K03479
负责人：
山本哲也
金额：
$ 2万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

スーパーエンハンサは、エンハンサが高密度に集積したゲノム領域である。スーパーエンハンサは、転写凝集体に局在化することが最近の実験によって示されている。一方、分裂酵母のゲノムにタンデムにリピート配列をknock inすると、その配列がRNAi経路によってヘテロクロマチン化されることが最近の実験によって示されている。RNAi経路に必要なdicerは核膜表面に局在化することが示されているため、スーパーエンハンサが転写凝主体表面に局在化するように、同様な性質を持ったゲノム配列が集積すると、凝集体や核膜などの構造体の表面に吸着しやすいという性質があるようである。この性質は、高分子の表面吸着の問題と類似している。高分子の吸着性は、連結性のために、あるモノマーが表面に吸着すると、他のモノマーも表面付近に閉じ込められることによる。そこで、RNAi経路の反応速度方程式に高分子の連結性を組み込むことによって、RNAi経路によるヘテロクロマチン形成のモデルを構築した。その結果、リピートされる遺伝子の数だけでなく、遺伝子の長さ（正確には転写伸長時間）もヘテロクロマチン形成の重要なパラメータであり、転写伸長時間を長くすると、ある閾値で非吸着状態から吸着状態にジャンプ（一次相転移）することが示された。この結果は、ゲノムの核内構造体への安定的な吸着のためには、吸着性を持った配列がリピートしている必要があることを示唆している。来年度には、この研究で得た知見を転写凝集体に拡張し、転写凝集体による転写制御機構を明らかにするための理論を構築する。

超级增强子是增强子高度集中的基因组区域。最近的实验表明，超级增强子定位于转录聚集体。另一方面，最近的实验表明，当串联重复序列被敲入裂殖酵母基因组时，序列通过 RNAi 途径变得异染色质化。研究表明，RNAi途径所必需的dicer定位于核膜表面，因此当具有相似特性的基因组序列积累时，就像超级增强子定位于转录聚集体的表面一样。易于吸附到聚集体和核膜等结构表面的特性。该性质类似于聚合物的表面吸附问题。聚合物的吸附性能归因于它们的连通性，因此当一种单体吸附到表面时，其他单体也会被捕获在表面附近。因此，通过将大分子连接性纳入RNAi途径的反应速率方程，我们构建了RNAi途径异染色质形成的模型。因此，不仅重复基因的数量而且基因的长度（更准确地说是转录延伸时间）都是异染色质形成的重要参数，并且当转录延伸时间增加时，非吸附状态发生变化结果表明，在一定阈值时，会跃迁到吸附状态（一级相变）。这一结果表明，基因组稳定吸附到核结构上需要具有吸附特性的重复序列。明年，我们将从这项研究中获得的知识扩展到转录聚集体，并发展一种理论来阐明转录聚集体的转录控制机制。