DNAの折り畳み相転移と遺伝子群の発現制御

DNA折叠相变与基因表达调控

• 批准号: 15014218
• 负责人: 吉川 研一
• 金额: $ 4.1万
• 依托单位: Kyoto University
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15014218/
• 关键词: DNA; 相転移; 遺伝子発現; 折り畳み; 凝縮; 生体高分子電解質; 高次構造; 荷電高分子

遺伝子を数十含む程度(数10kbp〜Mbp)の非常に長いDNAでは,剛直な荷電高分子としての性質が顕となり,多価カチオン・塩基性タンパク質・水溶性高分子等を含む溶液環境の変化に応じ,分子鎖全体がon/off型の折り畳み転移を示す。代表者はこれまでに長鎖DNA単一分子鎖の直接観察による実験と,高分子物理学に立脚した理論研究から,この劇的な高次構造転移がLandau流の一次相転移であることを世界に先駆けて明らかにした。近年,染色体DNAにおいて,グローバルな凝縮状態の変化と遺伝子群の発現活性の相関が示唆されているが,そのメカニズムには不明な点が多い。代表者は,高分子物理学研究の知見が,このような遺伝子発現制御機構の理解に資するものと考え,長鎖DNAの物性に対する生物学的意義のさらなる解明を目的とする本研究を実施した。本年度の主な研究実績は,物性研究とそれに関連する生化学的研究に大別される。1.折り畳み相転移ならびに折り畳み(凝縮)状態の構造特性について長鎖DNAの多彩な折り畳み状態のうち,細胞内におけて選択的な遺伝子活性を示している長鎖DNAのモデルとして,分子鎖内相分離構造の研究を進展させた。さらに,濃厚DNA溶液系におけるファイバー構造が現れる一般条件を明らかにすることができた。また,凝縮剤設計および溶液環境の選択により,これらの多彩な折り畳み状態を実験的に実現し,その微細構造を原子間力顕微鏡等により解析した。2.折り畳み状態と生物化学的な機能活性の関連について長鎖DNAを鋳型としたin vitro転写実験により,転写活性の劇的変化が折り畳み相転移にともなうことを種々の溶液条件で示した。また,DNA上の転写反応を直接観測する実験システムを開発し,活性と高次構造のスイッチングの相関を単一分子鎖レベルで確認した。本方法の確立により多様な凝縮状態と生化学活性の関連性を解明する研究の進展が可能となった。

The DNA sequence contains tens of molecules (several 10kbp ~ Mbp), and the DNA sequence is very long. The properties of charged polymers are different. The molecular chain is on/off and the molecular chain is on/off. The representative is the direct observation of long-chain DNA single molecular chain, which is based on the theoretical research of polymer physics. The high-order structural shift of Landau flow is the first phase shift of the world. In recent years, the correlation between the transformation of chromosome DNA, the condensation state of chromosome DNA and the development activity of gene subgroup has been studied. The representative said that the knowledge of polymer physics research, the understanding of molecular development mechanism, the investigation of biological significance of long-chain DNA properties, and the implementation of this research. This year's main research achievements include physical research and biochemical research. 1. Progress in the study of phase separation structures in molecular locks has been made. The general conditions for the formation of a dense DNA solution are as follows: For example, condensation design and solution environment selection, multi-color folding state, real-time realization, micro-structure analysis, atomic force microscopy, etc. 2. The relationship between molecular state and biochemical functional activity is shown in the following solution conditions: long-chain DNA, in vitro, in vivo, in vitro, in vitro, In addition, direct detection of the DNA sequence on the DNA sequence reveals the molecular identity of the DNA sequence, and the molecular identity of the DNA sequence associated with the DNA sequence. This method establishes the relationship between multiple condensation states and biochemical activities and clarifies the possibility of further research.

项目成果

Zherenkova, L.: "Self-Consistent Integral Equation Theory for Semiflexible Polyelectrolytes in Poor Solvent"Macromol.Theory Simul.. 12(5). 339-353 (2003)

Zherenkova, L.：“不良溶剂中半柔性聚电解质的自洽积分方程理论”Macromol.Theory Simul.. 12(5)。

Ito, M.: "Nonspecificity Induces Chiral Specificity in the Folding Transition of Giant DNA"J.Am.Chem.Soc.. 125(42). 12714-12715 (2003)

Ito, M.：“巨型 DNA 折叠转变中的非特异性诱导手性特异性”J.Am.Chem.Soc. 125(42)。

Zinchenko, A.A.: "Controlling the intrachain segregation on a single DNA molecule"J.Am.Chem.Soc.. 125(15). 4414-4415 (2003)

Zinchenko, A.A.：“控制单个 DNA 分子的链内分离”J.Am.Chem.Soc.. 125(15)。

Ichikawa, M.: "Molecular fabrication : Aligning DNA molecules as building blocks"Langmuir. 19(13). 5444-5447 (2003)

Ichikawa, M.：“分子制造：将 DNA 分子排列为构建块”Langmuir。

Iwaki, T.: "Competition between interchain and intrachain phase segregation"Phys.Rev.E. 68(3). 031902 (2003)

Iwaki, T.：“链间和链内相分离之间的竞争”Phys.Rev.E。