分裂期染色体の構造解析(クロマチンイメージング)に基づく核ゲノム機能の解明

基于有丝分裂染色体结构分析（染色质成像）阐明核基因组功能

基本信息

批准号：
17050026
负责人：
前島一博
金额：
$ 4.1万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

直径2nm、全長2mにも及ぶヒトゲノムDNAは、まずピストンに巻かれ、ヌクレオソームになり、さらに折り畳まれて直径約30nmのクロマチン繊維を形成するとされている。しかしながら、このクロマチン繊維がどのようにして、最終的に直径約0.7〓mの分裂期染色体を作るのかについては全くの謎であり、長年に渡って生物学者たちの興味を集めてきた。古くから提唱されているモデルでは、「30nmのクロマチン繊維が、100nm、200nmと、らせん状の階層構造を形成している」と予想されている。研究代表者らは染色体の構造理解を目的として研究を進め、主に電子顕微鏡をもちいて解析をおこなってきた。しかしながら本解析によって、染色体構造、とりわけ染色体軸が存在する中心部は予想以上に「複雑」であることが判明した。さらに、顕微鏡観察は試料中における観察範囲が限定され、内在する規則性構造の全体像を捉えることが非常に困難である。このため、研究代表者らはX線小角散乱解析(SAXS)をおこなうことにした。X線小角散乱は、計測したい非結晶試料にX線を照射し、その散乱パターンからその試料に内在する構造や規則性を知る手段である。したがって染色体中の規則性構造の検出に非常に適していると考えられる。研究代表者らはこれまでSPring-8の理研SAXSビームラインであるBL45XUを用いて、単離した染色体と細胞核のX線小角散乱の予備的な測定を繰り返し、染色体中に6nm,12nm,30nmの散乱のピークを検出している。これらはそれぞれ、コアヒストンの幅、ヌクレオソームの直径、30nm繊維に相当すると考えられる。現在まで、30nm散乱のピーク以上の大きな構造は検出されていない。このことは、古くから提唱されているモデルが必ずしも正しくない可能性を示唆している。さらに、散乱パターンを解析すると30nm以上の範囲では、クロマチン繊維がランダムに折り畳まれていることを示唆している。このことは共同研究としておこなっているクライオ電子顕微鏡をもちいた染色体観察とも一致している。

直径为2 nm、总长为2 m的人类基因组DNA首先缠绕在活塞上形成核小体，然后进一步折叠形成直径约为30 nm的染色质纤维。然而，这些染色质纤维最终如何形成直径约为 0.7 μm 的有丝分裂染色体仍然是一个完整的谜团，并且多年来一直引起生物学家的兴趣。长期以来提出的一个模型预测“30 nm 的染色质纤维与 100 nm 和 200 nm 形成螺旋分层结构。”主要研究人员一直在进行研究，目的是了解染色体的结构，并主要使用电子显微镜进行分析。然而，这项分析揭示了染色体的结构，尤其是染色体轴所在的中心区域，比预想的更加“复杂”。此外，显微观察在样品内的观察范围有限，因此很难捕捉到底层规则结构的全貌。为此，主要研究人员决定进行小角X射线散射分析（SAXS）。小角X射线散射是用X射线照射待测非晶态样品，根据散射图确定样品固有的结构和规律性的方法。因此，它被认为非常适合检测染色体中的规则结构。主要研究人员使用 RIKEN SAXS 光束线 BL45XU 在 SPring-8 上反复进行了分离染色体和细胞核的小角 X 射线散射的初步测量，检测了散射峰。这些被认为分别对应于核心组蛋白宽度、核小体直径和 30 nm 纤维。迄今为止，尚未检测到大于 30 nm 散射峰的结构。这表明长期以来提出的模型不一定是正确的。此外，对散射图案的分析表明染色质纤维在 30 nm 或更长的范围内随机折叠。这与使用冷冻电子显微镜进行染色体观察是一致的，这是一个联合研究项目。