科学技術は人類と地球の未来を救う!最新の技術情報を分類し提供する総合サイト。広島大学,科学技術振興機構ポイント夜行性哺乳類の光受容細胞の大々的な核構造の再編成が起きる仕組みを解明。Phase-fieldの数理手法と実験の新規融合アプローチによって、細胞核の動的変形が核構造の再編成を引き起こすことを発見。細胞の物理的性質や、細胞核内DNAの空間構造制御機構の解明に期待。講師らは、夜行性の哺乳類の桿体細胞注1)が持つクロマチンの空間構造形成に細胞核の動的変形が重要に関わることを解明しました。夜行性の哺乳類であるマウスの桿体細胞が持つクロマチンの空間構造形成は昼行性の哺乳類の桿体細胞が持つクロマチンの空間構造から再構築(リモデリング)されることが知られていましたが、その仕組みは大きな謎として残っていました。その謎を、新しい数理モデリングアプローチ手法を用いて理論で提案し、生体内外の実験でその仮説を証明することに成功しました。本研究では、非常に複雑な仕組みに基づいていると考えられてきたクロマチン構造のリモデリング現象が、細胞の自然な物理的現象とも言える細胞の動的挙動に由来する細胞核のランダムな動的変形が関与していることを見いだしました。准教授と共同で行いました。Biology」のオンライン版で公開されます。より細胞機能が制御できる可能性を提示することを目指します。vitro実験で検証していきます。<研究の背景と経緯>細胞周期のうち細胞が分裂をしていない間期においてゲノムDNAは3次元的に折りたたまれ、細胞種特異的な核構造を形成し、転写を含む種々の核内イベントに深く関与していることが知られています。architecture)と呼びます。architecture)を示します。桿体前駆細胞は標準型核構造を示し、最終分化過程で大々的な核構造の再編成が引き起こされます。A/Cたんぱく質が分化過程で失われることが再編成に必須であることはすでに報告されていますが、いかにしてヘテロクロマチンの集合および核構造の再編成が引き起こされるかは不明でした。<研究成果の内容>本研究では、CRISPR-Cas9システム注3)を利用してlbr/lama二重欠損細胞株を樹立し、核構造の再編成過程を生細胞観察しました。その結果、再編成過程で細胞核が大きく変形し、それに伴ってヘテロクロマチンが移動し、融合する過程が捉えられました(図1)。Phase-field法注4)を用いた新たな数理モデリング手法で細胞核の動的変形が核構造再編成の原動力になっていることを捉えました(図2)。vitro実験を用いて定量的に細胞核の動的変形が核構造の再編成に直接関わっていることを明らかにしました。vivo実験を用いて実際のマウスの桿体細胞の核でも動的な細胞核の変形が見られることを確認しました(図3)。本研究は、細胞核内のDNA構造をマクロ的に捉える全く新しい数理的手法と実験の新規の融合アプローチによって、細胞核の動的変形が核構造の再編成を引き起こすことを世界で初めて発見しました。細胞核の変形は動的な細胞システムにおいては普遍的な現象であり、種々の分化過程における核構造の再編成において重要な役割を果たしていると考えられます。<今後の展開>今回の研究では細胞核の動的変形が核構造の再編成に重要な役割を果たすことを発見しましたが、細胞核が動的に変形するその仕組み自体はまだ解明されていません。今後、その仕組みを明らかにすることで、細胞の物理的性質や、細胞核内DNAの空間構造制御機構の解明が期待できます。本研究の融合手法は、生命科学における新たな数理的アプローチを提案しており、クロマチン研究分野および学際的研究分野における発想の転換をもたらすことが期待されます。桿体細胞(かんたいさいぼう)は、視細胞の一種である。眼球の網膜上に存在し、光の強弱に応じた明暗の認識に関わり、色覚にはほとんど関与しない。細胞核内DNAのうち、特に凝集度の高い領域のこと。この領域に含まれる遺伝子は一般的に遺伝子発現活性が低い特徴がある。注3)CRISPR-Cas9システム特定のゲノムDNA領域を切断することができる分子生物学的ツール。特定のDNA領域を切断することで、当該領域のゲノムDNA情報を編集できる。本ツールを利用したDNA情報の編集技術は、ゲノム編集と呼ばれている。材料科学の凝固現象を説明するために用いられた数理的手法で、2つの安定な状態を連続関数で表し、エネルギー関数を定義してその遷移を記述する。近年、生命科学におけるPhase-field法の応用が活発化している。J-SHISの経緯についてご説明します。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください。テック・アイ技術情報研究所.。