A theoretical model of chromatin dynamics during development

发育过程中染色质动力学的理论模型

• 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

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。

The Hox gene group has the same order of occurrence on the axis of the body and the same order of occurrence on the axis of the body. The consistency of this property is called Collinearity, and the property of this property is called time space. The Hox's development and control mechanism is not clear. This study is about the thermodynamic properties of Hox, Hox This year's theoretical research ATAC-seq results from the adjustment of the open and closed state of each Hox sub-cycle. In addition, Tgf-β is activated to confirm the existence of binding factors. The theoretical analysis of Hox sub-domains may be based on the interaction between the domain and the domain. In addition, the concentration of Hox in the periphery of the domain may be determined by the thermodynamic parameters of the opening and closing of the domain, and the occurrence of Hox in the specific concentration may be determined by the rapid excitation. In the above case, if the activity is high, the activity is high. If the activity is high, the activity is high.

项目成果

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

• 发表时间: 2021
• 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

• 发表时间: 2020
• 作者: 荒木 諒介;真野 航輔;大西 剛史;平野 正徳;平川 翼;山下 隆義;藤吉 弘亘;御子柴みなも;浅倉祥文
• 通讯作者: 浅倉祥文