3D analysis of chromatin structure in cell nucleus with electron microscopy and mathematical modeling

利用电子显微镜和数学建模对细胞核染色质结构进行 3D 分析

• 批准号: 21K18234
• 负责人: 楯 真一
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18234/
• 关键词: 核内クロマチン構造; 電子顕微鏡; 数理モデル; 分裂酵母

本年度は，3Ｄ電子顕微鏡像解析のために必要となるクロマチン構造動態モデルの精密化を中心に進めた．もともと計画していた，遺伝子座に導入した約130箇所の蛍光標識点間距離の変化データをもとに構築するクロマチン構造動態モデルでは，3Ｄ電験像を一義的に再現するには曖昧さが大きすぎることが明らかになった．これは当初から想定していた懸念事項であった．不足する構造情報を補い，なおかつクロマチン構造の動態を再現するためのモデルの導入が必要であるため，理研・新海博士が開発したモデル技術（Phi-C)の導入を今期行った．Phi-Cは，Hi-Cデータをもとにして，遺伝子座間の核内での接触頻度を引力・斥力の仮想的なポテンシャルに還元する．さらに，この仮想的なポテンシャルを用いることでクロマチン構造の動的構造変化のシミュレーションを可能とする．私達の新しいアプローチでは，Phi-Cモデルで得られる仮想ポテンシャルに加えて，実験的に観測された130箇所の蛍光標識点の動態，蛍光標識点間の距離の時間変動をさらに構造制約として加えることで，動的な実験情報を加えたより性格なクロマチン構造の動的モデルを構築する．新たなクロマチン構造動態モデルを基にしてクロマチンの3Ｄ電子顕微鏡像の解析を進める．共焦点顕微鏡で取得した時分割データについても，誤差の評価をやり直し，より精度の高い標識点間の距離情報の取得が可能となるように画像データ解析法を改善した．電子顕微鏡像取得については，引き続き染色法を改善したデータの習得を継続しており，最終的に構造解析するためのより良い電子顕微鏡像の取得を平行してい進めている．

This year, 3D electronic micro-image analysis is necessary to improve the precision of structural dynamics. The 3D electric image is reproduced in a meaningful way by introducing about 130 pixels into the 3D electric image. This is the first time I've ever wanted to fix something. The introduction of Phi-C technology is necessary to supplement structural information and reproduce the dynamics of structure. Dr. Riken Shinhai has developed Phi-C technology. The introduction of Phi-C technology is carried out in the present period. The frequency of contact between nuclei is attractive and repulsive. In this case, it is possible to change the structure of the structure. In addition, the Phi-C module is used to measure the dynamic state of 130 illumination mark points, and the time variation of the distance between illumination mark points is controlled by the structure. The analysis of 3D electron micro-images based on the structure dynamics of new structures has been advanced. Confocal point micromirrors can be obtained by time-division, error evaluation, and accuracy. Distance information between marker points can be obtained by image resolution. The acquisition of electron micro-image is parallel to the acquisition of electron micro-image by the method of staining.

项目成果

出芽酵母のDNA二本鎖切断時における染色体動態の数理モデル

酿酒酵母 DNA 双链断裂过程中染色体动力学的数学模型

• 发表时间: 2021
• 作者: 中畑伸児郎;藤井雅史;粟津暁紀
• 通讯作者: 粟津暁紀

Path Ensembles for Pin1-Catalyzed Cis-Trans Isomerization of a Substrate Calculated by Weighted Ensemble Simulations

• DOI: 10.1021/acs.jctc.0c01280
• 发表时间: 2021-03-26
• 期刊: JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION
• 影响因子: 5.5
• 作者: Moritsugu, Kei;Yamamoto, Norifumi;Fujisaki, Hiroshi
• 通讯作者: Fujisaki, Hiroshi

核スペックルの構造形成 ・ 動態のシミュレーション

核散斑结构形成及动力学模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 若尾真吾、藤井雅史;粟津暁紀
• 通讯作者: 粟津暁紀

Identification of aberrant transcription termination at specific gene loci with DNA hypomethylated transcription termination sites caused by DNA methyltransferase deficiency

通过 DNA 甲基转移酶缺陷引起的 DNA 低甲基化转录终止位点鉴定特定基因位点的异常转录终止

• DOI: 10.1266/ggs.21-00092
• 发表时间: 2022
• 期刊: Genes & Genetic Systems
• 影响因子: 1.1
• 作者: Masaki Shirai;Takuya Nara;Haruko Takahashi;Kazuya Takayama;Yuan Chen;Yudai Hirose;Masashi Fujii;Akinori Awazu;Nobuyoshi Shimoda;and Yutaka Kikuchi
• 通讯作者: and Yutaka Kikuchi

Hepta-Histidine Inhibits Tau Aggregation

• DOI: 10.1021/acschemneuro.1c00164
• 发表时间: 2021-07-28
• 期刊: ACS CHEMICAL NEUROSCIENCE
• 影响因子: 5
• 作者: Kondo, Kanoh;Ikura, Teikichi;Okazawa, Hitoshi
• 通讯作者: Okazawa, Hitoshi