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

• 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

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。

Chromosome が は cell divides す る interstate, duplicate さ れ た heritage 伝 intelligence (DNA) を 2 つ の niang cells に に right allocation す る た め に must な constructs で あ る. そ れ で は phase, divided chromosomes は ど の よ う に し て this long の い ク ロ マ チ ン 繊 d か ら fold り 畳 ま れ て い る の だ ろ う か? Diameter 2 nm の ゲ ノ ム DNA は ま ず, salt basic protein の ヒ ス ト ン に 巻 か れ て, ヌ ク レ オ ソ ー ム と shout ば れ る diameter of about 11 nm の constructs に な る. こ の ヌ ク レ オ ソ ー ム が fold り 畳 ま れ て about 30 nm in diameter の ク ロ マ チ ン 繊 d に な り, さ ら に fold り 畳 ま れ て in diameter is about 0.7 microns の divide chromosome を as る と さ れ て い る. は そ の condensation process all く の mystery で あ り crossing, the elder に っ て biologists た ち の tumblers を set め て き た. The ancient く か ら mention sing さ れ て い る モ デ ル で は, "30 nm の ク ロ マ チ ン 繊 d が, 100 nm, 200-250 nm と, ら せ ん を の class structure form し て い る の で は な い" か と to think し て い る. こ の asked い に answer え る た め, private た ち は, ド イ ツ EMBL グ ル ー プ と で together, divide chromosome の ク ラ イ オ electronic 顕 micromirror 観 examine (CEMOVIS) を お こ な っ た. CEMOVIS, the "living た た" state に is the only <s:1> means to observe the を観 of the tiny structures within the に cells, するため ほとん ほとん <e:1>. す る と surprised い た こ と に, ヌ ク レ オ ソ ー ム の diameter に quite す る 11 nm よ り big き な tectonic は, 30 nm ク ロ マ チ ン 繊 d も containing め て 検 out さ れ な か っ た. し か し な が ら, 顕 micromirror 観 examine は sample in に お け る 観 ChaFan 囲 が qualified さ れ, inner す る regularity tectonic の all like を catch え る こ と が very difficult に で あ る. <s:1> ため ため, private たち たち Spring-8 BL45XUで X-ray small Angle scattering analysis (SAXS)をお なって なって る る. SAXS は, measuring し た い noncrystalline material に X-ray し を exposure, そ の scattered パ タ ー ン か ら そ の sample に inner す や る structure regularity を know る means で あ る. In the same way, the な result が gives られて る る.

项目成果

Analysis of cryo-electron microscopy images does not support the existence of 30-nm chromatin fibers in mitotic chromosomes in situ

• DOI: 10.1073/pnas.0810057105
• 发表时间: 2008-12-16
• 期刊: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
• 影响因子: 11.1
• 作者: Eltsov, Mikhail;MacLellan, Kirsty M.;Dubochet, Jacques
• 通讯作者: Dubochet, Jacques

Importhn-beta and small GTPase Ran mediate chromosome loading of human chromokinesin Kid

Importhn-beta 和小 GTPase Ran 介导人染色因子 Kid 的染色体负载

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Cell Biology 180
• 作者: Tahara;K.
• 通讯作者: K.

Three-Dimensional Visualization of a Human Chromosome Using Coherent X-Ray Diffraction

• DOI: 10.1103/physrevlett.102.018101
• 发表时间: 2009-01-09
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Nishino, Yoshinori;Takahashi, Yukio;Maeshima, Kazuhiro
• 通讯作者: Maeshima, Kazuhiro

Ion irradiation in liquid of μm3 region for cell surgery

• DOI: 10.1063/1.2834695
• 发表时间: 2008-01
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Y. Iwai;T. Ikeda;T. Kojima;Y. Yamazaki;K. Maeshima;N. Imamoto;Tomohiro Kobayashi;T. Nebiki;T. Narusawa;G. Pokhil

Mitotic chromosome structure: irregular folding of nucleosome fiber

有丝分裂染色体结构：核小体纤维的不规则折叠

• 发表时间: 2008
• 作者: Maeshima;K.;他
• 通讯作者: 他