構造バイオインフォマティクスと分子動力学計算による遺伝子発現制御メカニズムの理解

河野 秀俊

no journal, , 

ゲノム中のヌクレオソームポジションが次々と決定され、そのインフォマティクス的な解析から、ヌクレオソームのポジションやその破壊,再構築が遺伝子の発現制御に密接にかかわっていることが明らかになってきた。また、ヌクレオソームのポジションを変化させるリモデラー因子が複数存在することが明らかになってきた。さらに、DNAの修飾,ヒストンの修飾及びヒストンバリアントとヌクレオソームの安定性の関係がエピジェネクスの観点から注目されている。われわれは、計算機シミュレーションを用いて、ヌクレオソーム形成やそのポジション変化の分子機構やDNAやヒストンの修飾、ヒストンバリアントがその分子機構にどのような影響(変化)を与えるか探っている。タンパク質や核酸及びその複合体の分子動力学シミュレーションは、カバーできる時間範囲は数十ナノ秒からマイクロ秒と小さいものの、詳細な分子運動情報を得ることができる。また、間欠的に起こる分子状態の変化を効率的にシミュレートする計算手法が開発されてきた。われわれはそれらを駆使して、ヌクレオソーム構造の形成やリモデラー因子の役割を自由エネルギーの観点から明らかにしようとしている。これまで、4塩基対すべての塩基配列パターン(136通り)について分子動力学計算を行い、DNAの塩基配列とその力学特性に強い相関があること、ヌクレオソームを形成しやすい塩基配列はヌクレオソームの構造に適合した力学特性を持つ塩基をうまく配置していること、DNAの力学特性と水和構造に強い相関があることなどを見つけてきた。本講演では、これらの知見と最近進めているヌクレオソームのポジション変化の自由エネルギープロファイル計算結果に基づいて、ヌクレオソームの構造形成について議論したい。