クロマチン 構造。 遺伝子:DNAと染色体

新学術領域研究「動的クロマチン構造と機能」

クロマチン 構造

ヒストンとは? ヒストンは、核に存在する塩基性のタンパク質です。 正に荷電した塩基性アミノ酸を豊富に含み、DNAの負に荷電したリン酸基と相互作用していることが知られています。 ヒストンは、一般的には、H1、H2A、H2B、H3、H4の5種類が存在します。 真核生物の核の中では、DNAは4種類のコアヒストン(H2A、H2B、H3、H4)から成るヒストン8量体に巻き付いて、ヌクレオソームを形成しています。 このDNAとヒストンの複合体であるヌクレオソームが連なった構造をクロマチンと呼びます。 ヒストンH1は、コアヒストンとは異なり、ヌクレオソーム間のDNA(リンカーDNA)に結合するリンカーヒストンです。 ヌクレオソーム構造およびクロマチンの高次構造の安定化への関与が知られています。 ヒストンアセチル化 一般に、ヒストンのアセチル化は、遺伝子の発現を促進する方向に働きます。 ヒストンアセチル基転移酵素によって、アセチル基がヒストンテールに付加されると、ヒストンの正電荷が減少し、ヒストンとDNAの間の電気的な相互作用が減少するために凝集したヌクレオソーム構造が緩み、RNAポリメラーゼがプロモーター領域に結合しやすくなるためです。 逆に発現を抑制する場合は、ヒストン脱アセチル化酵素によってアセチル基が除去され、その結果、ヒストンとDNAの結合が強固になり、遺伝子の発現は抑制されます。 がんでは、ヒストンの脱アセチル化によってがん抑制遺伝子の発現が負に制御されている例が報告されており、ヒストン脱アセチル化酵素は抗がん剤の標的として注目されています。 ヒストンアセチル基転移酵素、ヒストン脱アセチル化酵素ともに多くの種類が知られています。 ヒストンアセチル化によるクロマチン構造の変化.

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クロマチン構造

クロマチン 構造

クロマチン動構造 遺伝物質の本体であるゲノムDNAは長大で、ヒトでは長さ2メートルものDNAが、細胞核というわずか体積100フェムトリットルの微小空間に収納されています。 しかし、クロマチンからDNAがほどけるためには、大きなエネルギーが必要ですので、クロマチンは、複製、転写、組換えなどのDNAの機能発現に阻害的であるはずです。 しかし生物は、クロマチンの動的に変動を介して、いとも簡単に複製、転写、組換えをやってのけます。 本領域では、動的クロマチン構造の実体を解明し、生物がDNAを遺伝情報として利用する仕組みについて新しい概念を創出することを目的としています。 2018. 0719• 2018. 0305• 2018. 0222 計画研究胡桃坂グループの研究が、科学雑誌Newtonに紹介されました• 2018. 0209• 2018. 0209• 2018. 0123• 2018. 0115• 2018. 0111• 2017. 1211• 2018. 0102• 2017. 1124• 2018. 0108 一般公開シンポジウムを開催します!• 2017. 0914• 2017. 0912• 2017. 0810 2nd Swiss-Japan Symposiumを開催します!• 2017. 0623• 2017. 0623• 2017. 0530• 2017. 0504 計画研究胡桃坂グループの研究が、朝日新聞に紹介されました• 2017. 0414 計画研究胡桃坂グループの研究が日刊工業新聞、日経産業新聞、読売新聞に紹介されました• 2017. 0414• 2017. 0408• 2017. 0406• 2017. 0405• 2017. 0405.

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総説:エピジェネティクス epigenetics

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細胞分化は遺伝情報の選択的な獲得により制御されます。 その制御は、転写制御因子がゲノム上の制御配列に結合することで行われ、これまで数多くの組み合わせが同定されてきました。 ゲノム機能は、分化刺激への応答により惹起される多数分子の組み合わせによってクロマチン構造を変化させ、転写を活性化あるいは抑制します。 私はこれまで、多数分子の織りなす転写制御の複雑さを紐解く鍵が、クロマチン構造変化にあると考え、計算機を用い、クロマチン構造を構成するヒストンバリアントの網羅的同定と機能解析を行ってきました 論文4,5。 これまでに、マウス骨格筋幹細胞に発現するヒストンバリアントH3mm7を同定し、H3mm7のクロマチンへの取り込みが、分化に伴う遺伝子発現量の「レート(倍率)変化」を引き起こし、骨格筋再生を制御することを報告しました(論文3)。 こうした空間・時間的に限られた局面ではたらく組織特異的な幹細胞の機能を理解するには、組織や単一細胞レベルでヒストンの局在と、その変化がもたらす遺伝子発現のダイナミクスを同時に知る必要があると考えました。 そこで本計画では、独自に開発した少数細胞エピゲノム解析技術ChIL法(論文2)によるマルチオミクスデータの取得、およびその解析を行います。 さらに、クロマチン構成因子と遺伝子発現制御の制御/依存関係の理解を目指し、現在開発中の単一細胞データの時間構造推定法(論文1)を応用した、新たな遺伝子発現の時系列解析法の確立を目指します。 具体的には、単一細胞遺伝子発現データの時系列モデリングを行い、遺伝子発現のみによって説明できない制御構造の変化や、計測対象外の因子による外乱の有無を評価します。 ダイナミクスの適切な記述に必須のモデル外部の要素(非ゲノム因子としてのクロマチン構造)の機能を解明することで、クロマチン構造変化による遺伝子発現の新たな理解を目指します。 主な論文• BioRxiv 2019; preprint• (10人中1番目; co-first)A chromatin integration labelling method enables epigenomic profiling with lower input. Nature Cell Biology 21 2 :287-296 2019• (17人中1番目; co-first)Histone H3. 3 sub-variant H3mm7 is required for normal skeletal muscle regeneration. Nature Communications 9 1 :1400 2018• Scientific Reports 6:19620 2016• (7人中1番目)Tissue-specific expression of histone H3 variants diversified after species separation.

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