-文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」細胞核ダイナミクス　竹安　邦夫, 吉村　成弘-

細胞核の高次構造動態：ナノスケールイメージングによる解明

研究代表者/研究分担者

	竹安　邦夫（研究代表者）＜京都大学・大学院生命科学研究科・分子情報解析学分野教授＞〒606-8502　京都市左京区北白川追分町１－１ TEL: 075-753-6852 FAX: 075-753-8652 E-mail: takeyasu@lif.kyoto-u.ac.jp URL: http://www.lif.kyoto-u.ac.jp/labs/chrom/

	吉村　成弘（研究分担者）＜京都大学・大学院生命科学研究科・分子情報解析学分野助教授＞〒606-8502　京都市左京区北白川追分町１－１ TEL: 075-753-7906 FAX: 075-753-7906 E-mail: yoshimura@lif.kyoto-u.ac.jp URL: http://www.lif.kyoto-u.ac.jp/labs/chrom/ ・主な研究内容・研究室メンバー・最近の研究成果・総説・解説等・著書・国際会議での講演・発表


主な研究内容
[１．研究目的] ○ナノスケール解析による核内構造タンパク質の動態の解明：AFMと蛍光顕微鏡技術との重ね合わせにより、核内タンパク質の２次元および３次元的立体配座地図を作成し、細胞周期における動態を解明する。具体的には、これまでに作成した新規抗核内タンパク質群モノクローナル抗体や既存の抗体を用いて、それら抗原の動態を網羅的に解明する。 ○核研究に応用可能な新しいナノスケール解析法の開発：SNOM/AFM（近接場光顕微鏡・原子間力顕微鏡ハイブリッド）の細胞核研究への応用法、高速原子間力顕微鏡の核膜形成の素過程解剖への応用法等を確立する。具体的には、他の計画班との共同研究を積極的に進め、細胞周期依存的な核構造再構成系と最新の可視化技術を組み合わせる、等の研究から、核内構造の形成機構及び動態を明らかにする。


[２．領域内での新たな研究の創造] ・核内にはダイナミックに変化する不安定な高次構造体が多く存在するが、これらの構造体で実際に起こっている現象を“ナノスケールで見て”実証する分野の確立。・核内構造タンパク質の網羅的なデータベースを構築することにより、核内構造体ネットワークの全体像を明らかにする。個々の研究対象の構造体を全体のネットワークに結びつけるための一つの出発点となる。 [３．学術的特色・独創性・予想される結果と意義] ・戦略的特色：抗核抗体を起点とした巨視的なアプローチとナノデバイスを応用した微視的なアプローチの融合・戦術的特色：細胞核研究に応用可能な新しいナノスケール解析法の開発・独創性：ナノテクノロジーによる細胞核研究法の確立・期待される成果：核内タンパク質の動態解析に基づく新規な構造・機能ドメインの発見と核骨格構造のナノスケールでの解明。核膜・クロマチン外ドメイン・クロマチンのネットワークのナノスケールでの解明が期待され、核構造によるクロマチン機能の制御機構解明の基盤となる。


研究室メンバー
日詰　光治　(技官)：	Chromatin reconstitution, Biochemistry of nucleus
大庭　良介　(D4)：	Bioinformatics, Evolution of chromosomal proteins
横川　雅俊　(D3)：	Real-time atomic force microscopy
小堀　俊郎　(D3)：	Nano-physics and chemistry of yeast chromatin
Kim　Joongbaek　(D2)：	Nano-scale analyses of nucleoid architecture
平野　泰弘　(D2)：	Nucleolor proteins in cell cycle
粂田　昌広　(M2)：	Nuclear dynamics, Characterization of monoclonal antibodies
丸子　弘之　(M2)：	Nano-scale analyses of nuclear envelope
高橋　寛英　(M1)：	Application of AFM to nuclear pore complex

最近の研究成果
[本研究の基礎となるもの] S.R. Nettikadan, F. Tokumasu & K. Takeyasu (1996) Quantitative Analysis of the Transcription Factor Ap2 Binding to DNA by Atomic Force Microscopy. Biochem. Biophys. Res. Commun., 226: 645-649. T. Ohta, S. Nettikadan, F. Tokumasu, H. Ideno, Y. Abe, M. Kuroda, H. Hayashi & K. Takeyasu (1996) Atomic Force Microscopy Proposes a Novel Model for Stem-Loop Structure that Binds a Heat Schock Protein in the Staphylococcus aureus HSP70 Operon. Biochem. Biophys. Res. Commun., 226: 730-734. S.R. Nettikadan, C.S. Furbee, M.T. Muller & K. Takeyasu (1998) Molecular Structure of Human Topoisomerase IIa Revealed by Atomic Force Microscopy. J. Electron Microscopy, 47: 671 - 674. M.H. Sato, K. Ura, K.I. Hohmura, F. Tokumasu, S.H. Yoshimura, F. Hanaoka & K. Takeyasu (1999) Atomic Force Microscopy Sees Nucleosome Positioning and Histone H1-induced Compaction in Reconstituted Chromatin. FEBS Lett., 452: 267 - 271. S.H. Yoshimura, R.L. Ohniwa, M.H. Sato, F. Matsunaga, G. Kobayashi, H. Uga, C. Wada & K. Takeyasu (2000) DNA phase transition promoted by replication initiator. Biochemistry, 39: 9139 - 9145. Y. Shiomi, J. Usukura, Y. Masamura, K. Takeyasu, Y. Nakayama, C. Obuse, H. Yoshikawa & T. Tsurimoto (2000) ATP-dependent structural change of the eukaryotic clamp loader protein, RFC. Proc. Nat’l Acad. Sci. USA, 97: 14127-14132. K. Yoda, S Ando, S Morishita, K.I. Hohmura, K. Hashimoto, K. Takeyasu & T. Okazaki (2000) Reconstitution of nucleosomes using recombinant histones and CENP-A proteins. Proc. Nat’l Acad. Sci. USA, 97: 7266 - 7271. S. Sakaue, K. Yoshikawa, S.H. Yoshimura & K. Takeyasu (2001) Histone Core Slips along DNA and Prefers Positioning at the Chain End. Phys. Rev. Lett., 87: 078105-1 ? 4. S.H. Yoshimura, K. Hizume, A. Murakami, T. Sutani, K. Takeyasu & M. Yanagida (2002) Condensin Architecture and Interaction with DNA: Regulatory Non-SMC Subunits Bind to the Head of SMC Heterodimer. Curr. Bio., 12: 508-512. K. Hizume, S.H. Yoshimura, H. Wada & K. Takeyasu (2003) Efficient nucleosome reconstitution by salt-dialysis method monitored by nano-technology. Arch. Histol. Cytol., 65: 405-413. Sakai, K. Hizume, T. Sutani, K. Takeyasu & M. Yanagida (2003) Condensin but not cohesin heterodimeric SMC induces DNA reannealing through intermediary protein-protein assembly. EMBO J., 22: 2764-2775. S.H. Yoshimura, J. Kim & K. Takeyasu (2003) On-substrate lysis treatment combined with the scanning probe microscopy revealed chromosome structures in eukaryotes and prokaryotes. J. Electron Microscopy, 52: 415-423. [2004以降] K. Hizume, S.H. Yoshimura & K. Takeyasu(2004) Atomic force microscopy demonstrates a critical role of DNA superhelicity in the nucleosome dynamics.Cell Biochem. Biophy., 40: 249-262. J. Kim, S.H. Yoshimura, K. Hizume, A. Ishihama & K. Takeyasu(2004) A fundamental structural unit of the Escherichia coli nucleoid revealed by atomic force microscopy. Nucleic Acid Res., 32: 1982-1992. S.H. Yoshimura, H. Maruyama, F. Ishikawa, R. Ohki and K. Takeyasu (2004) Molecular mechanisms of DNA end-loop formation by TRF2. Genes to Cells., 9: 205-218. K. Takeyasu, J. Kim, R.L. Ohniwa, Y. Inose, K. Morikawa, T. Ohta, A. Ishihama & S.H. Yoshimura (2004) Genome architecture studied by nano-scale imaging: Analyses among bacterial phyla and their implication to the eukaryotic genome folding.Cytogenet Genomes Res 107: 38-48. T. Nakai, K. Hizume, S.H. Yoshimura, K. Takeyasu & K. Yoshikawa (2004) Phase transition in reconstituted chromatin. Europhysics Letters (Under revision).
総説・解説等
・「バイオ高性能機器・新技術利用マニュアル」（2004）横川雅俊、吉村成弘、竹安邦夫 “原子間力顕微鏡による生体試料観察” タンパク質核酸酵素増刊号Vol.49 No.11 1607-1614．・「クロマチン・染色体　実験プロトコール」(2004)押村光雄・平岡　泰（編）　日詰光治、吉村成弘、竹安邦夫“クロマチンの原子間力顕微鏡観察”羊土社

著書
・「ナノバイオロジー」（2004）竹安邦夫　編著　共立出版・「細胞核のダイナミズム」（2004）竹安邦夫・米田悦啓（共編著）シュプリンガー・“Nuclear Dynamics: Approaches from Biochemistry, Molecular Biology and Visual Biology” Springer Verlag

国際会議での講演・発表
・Atomic force microscopy dissects the hierarchy of bacterial genome architectures at nano-scale level. 1st International Conference on Environmental, Industrial and Applied Microbiology March 15-18th 2005, Badajoz, Spain ・ Single-molecule analysis of protein-protein interaction by fast-scanning atomic force microscopy. 7th annual Linz Winter Workshop February 4-7, 2005, Linz, Austria ・ Eukaryotic Prokaryotic Genome Packaging Revealed by Nano-scale Imaging Indo- Japan Workshop on UNDERSTANDING OF CHROMATIN STRUCTURE FUNCTIONS January 20-23, 2005. Bangalore, Indea ・The 16^th International Congress of the IFAA in Kyoto (August 22~27, 2004) K. Takeyasu. Higher-order architectures of human and bacterial genomes revealed by atomic force microscopy. ・The 15^th International Chromosome Conference in Brunei, UK (September 5-10) K. Takeyasu, J. Kim, M. Yokokawa & S.H. Yokokawa. Fundamental structural unit of the chromosomes identified by atomic force microscopy. ・The 4^th conference on Dynamic Organization of Nuclear Function at Cold Spring Harbor Laboratory (September 29-October 3, 2004) K. Takeyasu Nuclear subdomains and architectures revealed by atomic force microscopy and fluorescence microscopy. ・The 44^th annual meeting of the American Society for Cell Biology at Washington DC (December 4-8, 2004) K. Takeyasu Symposium “Single-molecule imaging” .