真核生物ゲノムの機械的特性と生物学的意義

真核基因组的机械特性和生物学意义

基本信息

批准号：
09J07137
负责人：
木村元
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

クロマチン繊維がとる三次元構造は、転写をはじめとする様々な核内現象の舞台となる重要な基盤構造である。しかし、10nmクロマチン繊維よりも高次の階層における収納機構については不明な点が多い。本研究課題では、その実体を解明するために、真核生物ゲノムの機械的特性(DNA分子の硬さ・柔らかさの特性)を切り口にして二つの研究を行なっている。ひとつは柔軟性における特異領域の生物学的意義の解析、もうひとつは、間期染色体構造のモデル構築である。本年度は、後者に大きな進捗が見られたので、以下にその成果を報告する。昨年度までに、独自に測定したDNA分子の持続長のデータ、出芽酵母のゲノム配列を基に"予測"されたヌクレオソームのポジショニングのデータ(Segal et al.,Nature,2006)および細胞核の大きさを基にすることにより、間期染色体構造のモデル化に成功していた。さらに、実験データとの比較により、実際の核内構造をよく反映したモデルであることを明らかにしていた。そこで本年度は、まず"実測"されたヌクレオソームのポジショニングのデータ(Kaplan et al.,Nature,2009)を用いた間期染色体構造の予測を行なった。その結果、昨年度までにSegalらのデータを用いて予測した構造と比較して顕著な違いはみられなかった。すなわち、ゲノム配列と細胞核の大きさが分かれば、任意の生物種の間期染色体構造を予測できることが示唆された。また、昨年度までに構築した間期染色体のモデルは、対象とする1本の染色体を除く残りの15本の染色体の存在を考慮に入れないモデルであった。そこで、一倍体の出芽酵母がもつ全16本の染色体を、核と大きさの等しい直径2μmの球の空間にモデル化した結果、実際の核内構造と同様に、全ての染色体が所与の空間を互いにうまく分け合って収まっていることを明らかにした。

染色质纤维的三维结构是重要的基础结构，是包括转录在内的各种核现象的舞台。然而，对于比 10 nm 染色质纤维更高水平的存储机制还存在许多未知数。在这个研究项目中，我们正在进行两项研究，重点关注真核基因组的机械特性（DNA分子的硬度和柔软度特征），以阐明现实。一是分析特定区域灵活性的生物学意义，二是构建间期染色体结构模型。今年，后一个方向取得了重大进展，现将结果报告如下。直到去年，我们已经独立测量了DNA分子持久长度的数据，根据酿酒酵母的基因组序列预测了核小体定位数据（Segal等，Nature，2006），以及细胞核的大小。由此，我们成功地模拟了间期染色体结构。此外，与实验数据的比较表明，该模型密切反映了实际的核结构。因此，今年，我们首先利用“实际测量的”核小体定位数据预测了间期染色体结构（Kaplan et al., Nature, 2009）。结果，与使用 Segal 等人去年的数据预测的结构相比，没有观察到显着差异。这表明，如果已知基因组序列和细胞核大小，则可以预测任何物种的间期染色体结构。此外，截至去年构建的间期染色体模型并没有考虑到除一条目标染色体外其余15条染色体的存在。因此，通过在直径为2μm（与细胞核大小相同）的球体空间中对单倍体酿酒酵母的全部16条染色体进行建模，我们发现所有染色体都具有给定的结构，与实际的染色体相似。核结构显示，两者之间的空间被很好地划分和固定。