Free energy profile of nucleosomal DNA sliding

ヌクレオソームDNAがスライドする時の自由エネルギープロファイル

金枝 直子; 石田 恒; 河野 秀俊

Kanaeda, Naoko; Ishida, Hisashi; Kono, Hidetoshi

ヌクレオソームは、ヒストンタンパク質とそれに巻きつくDNAから構成されており、真核生物のクロマチンの基本的な繰り返し構造である。DNAがヒストンに巻きついている構造のため、転写や遺伝子制御にかかわる結合タンパク質はDNAへの結合を阻害される。しかしタンパク質リモデラーは、DNAをゆるませて回転させる等DNAのポジショニングを変えることで、その阻害を取り除くと考えられている。このメカニズムを明らかにするため、DNAのポジショニングを変えた時の自由エネルギープロファイル計算を行っている。リモデラーの原子座標は、未だ決定されていないので、仮想的にリモデラーの役割を取り込む。その第一弾としてヌクレオソームDNAを仮想的にゆるませた状態を作り、ヒストンタンパク質を約10塩基対分だけ回転させて自由エネルギープロファイルを描く。結果として、自由エネルギーの最安定状態は、11度(約2, 3塩基対)で実現することがわかった。この結果は、一度DNAをゆるませると、リモデラーのようなDNAの位置変化を助けるタンパク質がなくとも、11度まで自発的に回転するということを示す。

The nucleosome, consisting of a histone octomer with DNA wrapped around it, is the basic repeating unit of the eukaryotic chromosome structure. Because the DNA is wrapped around the histone core, it is difficult for proteins that regulate transcription, DNA replication, repair and recombination to access the nucleosomal DNA. Nucleosomes have been known to dynamically change their positions in accordance with cell states. ATP-hydrolyzing chromatin remodelers are considered to loosen the form of the DNA and relocate the DNA inside the nucleosome in order to expose cis-elements to which regulatory proteins bind. We believe that the free energy profile of nucleosomal DNA sliding can provide some important clues to help understand the mechanism of changes in nucleosome positioning.