X線をもちいた核ゲノム構造の解析

使用 X 射线分析核基因组结构

基本信息

批准号：
19038026
负责人：
前島一博
金额：
$ 5.31万
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：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19038026/
关键词：
分裂期染色体ヒトゲノム電子顕微鏡染色体 X線構造

项目摘要

染色体は細胞が分裂する際、複製された遺伝情報(DNA)を2つの娘細胞に正確に分配するために必須な構造体である。それでは、分裂期染色体はどのようにして1本の長いクロマチン繊維から折り畳まれているのだろうか? 直径2nmのゲノムDNAはまず、塩基性蛋白質のヒストンに巻かれて、ヌクレオソームと呼ばれる直径約11nmの構造体になる。このヌクレオソームが折り畳まれて直径約30nmのクロマチン繊維になり、さらに折り畳まれて直径約0.7μmの分裂期染色体を作るとされている。その凝縮過程は全くの謎であり、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、200-250nmと、らせん状の階層構造を形成しているのではないか」と予想している。この問いに答えるため、私たちは、ドイツEMBLグループと共同で、分裂期染色体のクライオ電子顕微鏡観察(CEMOVIS)をおこなった。CEMOVISは,「生きた」状態に近い細胞内微小構造を観察するためのほとんど唯一の手段である。すると驚いたことに、ヌクレオソームの直径に相当する11nmより大きな構造は、30nmクロマチン繊維も含めて検出されなかった。しかしながら、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、私たちはSpring-8 BL45XUでX線小角散乱解析(SAXS)をおこなっている。SAXS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。SAXSをもちいても同様な結果が得られている。

染色体是细胞分裂时将复制的遗传信息 (DNA) 准确分配给两个子细胞的重要结构。那么，有丝分裂染色体是如何从一根直径为2纳米的长染色质纤维折叠起来的呢？首先将其包裹在作为碱性蛋白质的组蛋白上，然后折叠成直径约为11纳米的核小体。结构。据说这些核小体折叠成直径约为 30 nm 的染色质纤维，进一步折叠形成直径约为 0.7 μm 的有丝分裂染色体。凝结过程完全是一个谜，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 的染色质纤维形成螺旋状分层结构，先是 100 nm，然后是 200-250 nm。”为了回答这个问题，我们与德国 EMBL 小组合作，对有丝分裂染色体进行了冷冻电子显微镜 (CEMOVIS)。 CEMOVIS 几乎是观察接近“生命”条件的细胞内微观结构的唯一手段。令人惊讶的是，没有检测到大于 11 nm（相当于核小体直径）的结构，包括 30 nm 的染色质纤维。然而，显微观察对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。因此，我们使用 Spring-8 BL45XU 进行小角度 X 射线散射分析 (SAXS)。 SAXS是用X射线照射待测非晶样品，根据散射图案确定样品的固有结构和规律性的方法。使用 SAXS 获得了类似的结果。