一分子計測と電荷制御によるクロマチン構造変化の研究

通过单分子测量和电荷控制研究染色质结构变化

• 批准号: 17740275
• 负责人: 村山 能宏
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17740275/
• 关键词: DNA; 凝縮転移; 一分子計測

17年度の研究により、スペルミジン(3+)により凝縮した一分子DNAの伸張-緩和サイクルで力学応答に速度に依存した履歴が現れることを見出した。18年度は履歴の要因を明らかにするためのデータを増やすとともに理論的考察を行い、以下の二つの要因から履歴が生じるという結論を得た。(1)緩和過程における凝縮の核生成(2)伸張過程における速度に依存したエネルギー散逸(1)については、核生成率の速度依存性に関する理論曲線を導出し測定結果と比較することで、緩和過程に現れる張力の急激な増加が核生成に起因していることを明らかにした。(2)については、測定で得られた摩擦係数(10^<-7>kg/sec)に対し、溶媒の粘性抵抗及びDNA鎖近傍のスペルミジン分子の不均一性は無視できることを示し、散逸が凝縮DNA内部で生じていることを明らかにした。さらに凝縮DNA伸張時の散逸がKramers的ダイナミクスで説明可能であり、その機構にDNAの曲げ弾性(semiflexibility)が強く影響していることを示した。これらの結果は現在論文投稿中である。荷電ナノ粒子を用いた測定では、粒径や電荷量変化に対し力学応答に顕著な違いを見るには至らなかったが、可視化が容易なことからDNA鎖上を動く分子(蛋白質)のモデルとして有効なことが分かった。本研究では静電相互作用を介し凝縮したDNAに対し、一分子レベルのダイナミクスに関する定量的知見を得ることができた。これらの結果は、荷電高分子鎖のダイナミクスについて新たな知見をもたらすとともに、生体内のクロマチン構造変化における静電相互作用の影響を評価する上で極めて重要な意味を持つと期待される。

In the 17th year of the study, we found that DNA was condensed into a single molecule, and the extension-relaxation mechanism was dependent on the speed of the reaction. In 2018, the main reasons for the implementation of the law were: (1)Nuclear formation due to condensation in relaxation process (2) Velocity dependence of nuclear formation due to extension process (1) Theoretical curve related to velocity dependence of nuclear formation rate is derived and measured results are compared. (2)The friction coefficient (10^<-7>kg/sec) was measured, and the viscosity resistance of the solvent and the heterogeneity of the molecules near the DNA lock were ignored. The dispersion of condensed DNA during stretching indicates that the semiflexibility of DNA may have a strong influence on the structure of Kramers. The results of this paper are now published. Charged particles can be measured in different ways, such as particle size, charge amount, mechanical response, visualization, DNA locking, and molecular (protein) separation. In this study, we obtained quantitative insights into the effects of electrostatic interactions on DNA condensation and molecular biology. The results of this study suggest that the impact of electrostatic interaction on the structure of charged polymer chains is very important.

项目成果

Visualization during stick-release and plateau responses of collapsed DNA

塌陷 DNA 棒释放和平台反应期间的可视化

• 发表时间: 2006
• 期刊: Prog.Theor.Phys.Supp. (印刷中)
• 作者: R.Ishida;Y.Murayama;M.Sano
• 通讯作者: M.Sano

Nonlinear Elasticity of Single Collapsed Polyelectrolytes

单一塌陷聚电解质的非线性弹性

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Review E 72
• 作者: H.Wada;Y.Murayama;M.Sano
• 通讯作者: M.Sano

Unfolding Dynamics of Single Collapsed DNA Molecules

单个折叠 DNA 分子的展开动力学

• 发表时间: 2006
• 期刊: Progress of Theoretical Physics Supplement 165
• 作者: Ishiwata;S.;Shimamoto;Y.;Suzuki;M.;Sasaki;D.;Mari Sato;Jun Kano;Mari Sato;Shinya Tsukada;Jun Kano;Shinya Tsukada;Jun Kano;Mari Sato;Jun Kano;Shinpei Tanaka;田中晋平;K.Okada et al.;Kunihiro Okada et al.;Kunihiro Okada et al.;Ryo Ishida;Yoshihiro Murayama
• 通讯作者: Yoshihiro Murayama