A theoretical model of chromatin dynamics during development

发育过程中染色质动力学的理论模型

基本信息

批准号：
20J15811
负责人：
浅倉祥文
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University (2021)Kyoto University (2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J15811/
关键词：
Hox collinearity HOX クロマチン動態イジングモデル

项目摘要

Hox遺伝子群はゲノム上で連続にコードされる転写因子群であり、発生中の体軸上での発現順序とゲノム上のコード順序が一致する。この一致はCollinearityと呼ばれ、この性質からHox遺伝子群は時空間的な座標として機能すると考えられてきた。このHoxの発現制御にはエンハンサーの関与が示されているが、何がエンハンサーを制御するのかなど、その制御機構には未解明な点が多く残されていた。そこで本研究では、Hox発現制御にポリマーとしてのクロマチンの熱力学的性質が関与しているのではないかと考え、熱統計力学的な理論研究を進めてきた。今年度は理論研究に加え、ニワトリ胚を用いた実験研究を行った。クロマチンの開閉状態を調べるATAC-seqを行った結果、各Hox遺伝子周辺に常に開いている領域と発生の進行に伴って順に開く領域が存在することが明らかになった。さらにこの中に、Tgf-βシグナルで活性化する転写因子の結合モチーフが存在することを確認した。さらに理論解析からはHox遺伝子領域周辺に結合可能な転写因子が発現制御領域間の相互作用を媒介することで、クロマチンのポリマーとしての熱力学的な性質により開閉状態が周辺の領域へゲノム上の距離依存的に状態伝播することが示された。加えてHox領域周辺に結合可能な転写因子の濃度がクロマチンポリマーの伸縮とクロマチンの各領域の開閉を制御する熱力学的変数であり、特定の濃度を境にHoxの発現量が急激に変化することを示した。以上より、エンハンサーを含む常に開いているノンコーディング領域に転写因子が結合し、その周辺の結合領域を開いていくとともに、ゲノム上の順序に沿って転写活性の高い領域が広がって行くというモデルが考えられる。

HOX基因组是一组转录因子，它们在基因组上连续编码，并且在发育过程中的体轴上表达顺序与基因组上的编码顺序相吻合。该协议称为共线性，由于其性质，因此人们认为Hox基因组充当时空坐标。尽管已显示增强子的参与可以调节HOX的表达，但控制机制中有许多不清楚的点，例如控制增强剂的原因。因此，在这项研究中，我们一直在进行恒温理论研究，认为染色质作为聚合物的热力学特性可能与控制HOX表达有关。除了理论研究之外，今年我们还使用鸡胚进行了实验研究。在执行ATAC-SEQ检查染色质的开口和闭合状态之后，据显示，每个HOX基因周围总是有开放区域和随着发育进展的顺序开放的区域。此外，已经证实，转录因子激活TGF-β信号存在一个结合基序。此外，理论分析表明，能够围绕HOX基因区域结合的转录因子介导表达控制区域之间的相互作用，从而导致开放/闭合状态由于染色质作为聚合物的热力学特性而以基因组依赖性方式传播到周围区域。此外，可以与HOX区域周围区域结合的转录因子的浓度是一个热力学变量，可控制染色质聚合物的拉伸以及染色质每个区域的开放和闭合，表明HOX的表达水平在一定浓度下迅速变化。从上面可以想象，转录因子与不断开放的非编码区域结合，包括增强剂，打开其周围的结合区域，并且高度转录活性区域沿基因组上的顺序扩展。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Chromatin dynamics in Hox-mediated animal body development

Hox 介导的动物体发育中的染色质动力学

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryosuke Araki;Kohsuke Mano;Tadanori Hirano;Tsubasa Hirakawa;Takayoshi Yamashita and Hironobu Fujiyoshi;Iori Yamada; Takuya Kataoka; Ryota Ikeda; Motohiro Tagaya;御子柴みなも;Taro Matsutani and Michiaki Hamada;Yoshifumi Asakura and Suzuki Takayuki
通讯作者：
Yoshifumi Asakura and Suzuki Takayuki

動物初期発生におけるクロマチン動態

早期动物发育过程中的染色质动态