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2024-07-03 18:43:59
ライス大学の研究者たちは、細胞のライフサイクルを通じて染色体の構造がどのように変化するかを理解するのに大きな進歩を遂げています。染色体の組織化に積極的に影響を与えるモータープロセスに関する研究は、 米国科学アカデミー紀要。
左のZhiyu Cao氏と右のPeter Wolynes氏による研究が最近PNASに掲載されました。写真はライス大学提供。
「この研究は、モータープロセスが染色体構造を形成し、細胞機能にどのように影響するかについてのより深い理解を提供します」と、 ピーター・ウォリンズ 研究共著者であり、DRブラード・ウェルチ財団の理学教授でもある。ウォリンズは化学、生物科学、物理学、天文学の教授でもあり、理論生物物理学センター（CTBP）の共同ディレクターでもある。
この研究では、スイミングモーターとグラップリングモーターという 2 種類のモーターチェーンモデルを紹介します。これらのモーターは、染色体構造の操作において異なる役割を果たします。
遊泳モーターは、DNA配列をRNAにコピーする酵素であるRNAポリメラーゼに似ており、遺伝子が解読される際にクロマチン繊維の伸縮を助けます。格闘モーターは、クロマチン繊維の離れた部分を一緒に集め、染色体の結び目をなくすために必要な長距離相関関係を作り出します。
化学エネルギーを消費するモータータンパク質は、染色体の構造を形成する上で極めて重要な役割を果たします。研究者らは、これらのタンパク質が理想的なポリマー鎖にどのような影響を与えるかを調査しました。その結果、スイミング モーターは、加えられた力に応じて収縮または拡張のいずれかを引き起こす可能性があることが分かりました。対照的に、グラップリング モーターは一貫した長距離効果を生み出し、Hi-C 実験で見られるパターンと一致します。Hi-C 実験では、細胞が分裂しておらず、染色体が脱凝縮されて核全体に広がっている細胞周期の段階である間期に細胞核内でのクロマチン相互作用を特定します。これを行うモーターは特に弱く、ループを形成するときに簡単に停止するため、研究者らはモーターを高速化する方法を探りました。
「この研究は、モータータンパク質による染色体鎖の組織化の理論的モデル化を使用している点で注目に値する」と、 曹志宇、本研究の共著者であり、CTBPの大学院生。
研究者らは統計力学のアプローチを用いて、ループ押し出し確率の空間分布を予測する自己矛盾のない記述を作成した。このモデルは、ランダムに回転する DNA によって及ぼされる力に対するモーターの反応を克服する方法を解明し、長い染色体鎖を微細な細胞核に収めるために必要なパッキングを実行できるようにする。
染色体の三次元構造は、DNA 複製や胚の発達に伴う細胞の分化など、重要な生物学的プロセスに影響を与えます。
この研究は、ライス大学のブラード・ウェルチ教授（助成金C-0016）と国立科学財団が後援する理論生物物理学センター（助成金PHY-2019745）の支援を受けて実施されました。
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