ヒストン修飾酵素に応答する機能性クロマチンモデル:転写制御機構の解明への展開

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本研究では、我々がこれまでに開発してきた人工高分子による遺伝子発現制御システムを用いて、DNAの分子運動と転写の関係を明らかにすることを目的とした。これまでの結果から、DNAの凝縮状態と遺伝子発現に相関が見られないことや、遺伝子発現がOFFになっている人工高分子とDNAの複合体の遺伝子発現をONにするような酵素反応が起きた後にも、構造的に大きな変化が無くとも遺伝子発現を制御できることが明らかになっていた。そこで本年度は、DNAの運動性にどのような変化が生じているかを評価した。まず、エバネッセント光によるDNAの運動性の評価を行った。しかしながら、人工高分子とDNAの複合体の性質上、エバネッセント光の届くプリズム近傍に複合体を固定することが難しかったため、セルを用いた溶媒中での蛍光寿命測定に切り替えた。DNAの蛍光修飾についていくつかの蛍光色素を検討し、最終的にDAPIを用いた測定を行った。ヒストンタンパク質のN末端を修飾したH3-Polymerでは蛍光寿命の酵素反応の前後で差が見られなかった。そこでPKCαペプチドを修飾したPKCα-Polymerを用いた検討も行ったが、酵素反応の前後での差は確認できなかった。そこで、蛍光寿命測定と比較して分子の運動をより明確に反映する蛍光異方性の測定を行った。その結果、DNAのみのサンプルと複合体のサンプルに大きな差が見られ、酵素反応の前後のサンプルでも差が確認された。本実験で得られた回転緩和時間を遺伝子発現量に対してプロットしたところ、非常に良い相関を示していた。これは、遺伝子の転写がDNAの運動性によって制御されるという我々の仮説を支持するものである。このような動的な制御因子は、人工分子による制御のみならず、広く生物学においても重要なファクターであると考えられる。