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。

染色体是必不可少的结构，用于在两个子细胞之间准确分配复制的遗传信息（DNA）作为细胞分裂。那么有丝分裂染色体如何从单个长染色质纤维中折叠？直径为2 nm的基因组DNA首先包裹在碱性蛋白的组蛋白周围，导致直径约为11 nm的结构，称为核小体。据说该核小体折叠成直径约为30 nm的染色质纤维，然后折叠成直径约为0.7μm的有丝分裂染色体。冷凝过程是一个完全的谜团，多年来吸引了生物学家的兴趣。长期以来提出的模型预测“ 30nm染色质纤维可能形成螺旋分层结构，范围从100nm和200-250nm不等。”为了回答这个问题，我们与德国EMBL组合作进行了有丝分裂染色体的冷冻电子显微镜（Cemovis）。 Cemovis几乎是观察到接近“生命”状态的细胞内微观结构的唯一方法。令我惊讶的是，检测到包括30 nm染色质纤维在内的，没有大于11 nm的结构，与核小体直径相对应。但是，在样品内观察范围内，微观观察结果受到限制，因此很难捕获固有的常规结构的整体图片。因此，我们在弹簧-8 BL45XU上执行X射线小角度散射分析（SAXS）。 SAXS是一种用于用X射线测量的无定形样品并了解样品中从散射模式中存在的结构和规律性的方法。 SAXS获得了相同的结果。