【Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｖｉｅｗ】染色体の形は細胞分化と共にこう変化／光電子を通じた電子の軌道混成状態観測

　理化学研究所　生命機能科学研究センター　発生エピジェネティクス研究チーム　チームリーダー・平谷伊智朗

　■染色体の形は細胞分化と共にこう変わる

　哺乳類細胞では、染色体の１本１本は、約１Ｍｂ（メガベース＝１００万塩基対）のＤＮＡが球状に折り畳まれた「トポロジカルドメイン（ＴＡＤ）」と呼ばれる構造が数珠つながりになった形をとっており、複数のＴＡＤがさらに空間的にまとまった配置を取っている。この配置は、遺伝子の発現と密接な関わりがあるとされ、遺伝子が転写されやすいＴＡＤが集まった空間をＡコンパートメント、転写されにくい空間をＢコンパートメントと呼ぶ。核内での染色体の形や位置は細胞種によって異なり、細胞分化の際には染色体構造が変化すると考えられるが、ＴＡＤのようなＭｂレベルの階層でどのように変化するかは、全く分かっていなかった。

　今回、理研を中心とする共同研究チームは、マウスＥＳ細胞の分化に伴う染色体の三次元構造変化を調べ、これがＴＡＤを単位とする核内配置の変化（Ａ／Ｂコンパートメント変化）であることを１細胞レベルで突き止めた。この核内配置の変化は染色体上のさまざまな領域で生じ、その領域の遺伝子発現の活性化とよく対応し、しかも核内配置変化が遺伝子発現の活性化よりも先に起きることも分かった。このことから、染色体の三次元構造変化を調べることで、将来の遺伝子発現変化を予測できる可能性が示された。

　本研究成果は、哺乳類染色体の三次元構造の構築原理に迫るものであり、染色体の構造変化と遺伝子発現制御の統合的な理解にもつながると期待できる。

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【プロフィル】平谷伊智朗

　ひらたに・いちろう　２００３年東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻博士課程修了（平良眞規研究室）。米国フロリダ州立大（Ｄａｖｉｄ　Ｇｉｌｂｅｒｔ研究室）ポスドク、国立遺伝学研究所（助教）等を経て１３年暮れより現職。

　■コメント＝哺乳類染色体の三次元構造の構築原理と発生制御様式を独自の視点で解き明かしたい。

　理化学研究所　放射光科学研究センター　利用システム開発研究部門　物理・化学系ビームライン基盤グループ　軟Ｘ線分光利用システム開発チーム　客員研究員・久我健太郎

　■光電子を通じた電子の軌道混成状態の観測

　例えば「超電導」や「磁性」のような物質の性質の多くは「不完全殻」電子が担っており、不完全殻電子の状態を調べることは物質の性質を理解する上で必須である。ここで、不完全殻とは、原子内における電子軌道（ｓ軌道、ｐ軌道、ｄ軌道、ｆ軌道等がありこれらの軌道を占有できる電子数は決まっている）のうち、原子内で最もエネルギーが高く部分的にしか電子が存在しない軌道のことである。

　今回、理研を中心とした共同研究グループは、大型放射光施設「ＳＰｒｉｎｇ－８」において、波長が０．３ナノメートル以下の硬Ｘ線の電場成分を水平あるいは垂直方向に直線偏光制御し、超伝導体である希土類元素のイッテルビウム（Ｙｂ）化合物β－ＹｂＡｌＢ４（Ａｌ：アルミニウム、Ｂ：ホウ素）に当てた際に放出される「光電子」の放出方向やエネルギーを詳細に調べた。この結果、イッテルビウムイオンの不完全殻である４ｆ電子の「波動関数」を精密に決定でき、その空間分布が従来の「局在電子モデル」から予想されるものと大きく異なっていることが分かった。これは、イッテルビウムイオンの４ｆ電子が、ホウ素に由来する伝導電子と強く混成した「軌道混成状態」を形成していることを示している。

　本実験手法が、局在電子モデルが成り立つ希土類化合物だけでなく、原理的には遷移金属を含む局在性の弱い化合物でも適応可能なことを示したことから、今後、脱レアアース磁性材料などの機能性材料の開発が加速すると期待できる。

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【プロフィル】久我健太郎

　くが・けんたろう　２０１１年東京大学新領域創成科学研究科博士後期課程修了、博士（科学）。東京大学物性研究所特任研究員、大阪大学大学院理学研究科特任研究員、理化学研究所特別研究員などを経て、１９年４月から豊田工業大学ポストドクトラル研究員と現職を兼任。

　■コメント＝決定困難な軌道混成状態について、光電子分光による決定手法を確立したい。

　■理化学研究所「第４１回科学講演会」

　理化学研究所は１１月３日、研究活動を紹介する「第４１回科学講演会」を東京・丸の内の丸ビルホールで開催する。

　今回は、小谷元子理事による特別講演に続き、（１）ライフサイエンス研究を支えるバイオリソース事業（２）世界各国の望遠鏡を用いて明らかになってきた星や惑星の誕生過程から分子科学分野へ踏み込んだ融合研究（３）バクテリアの分裂からヒトの遺伝疾患までを繋げる「染色体」の最先端研究などについてご紹介する。このほか、科学の面白さを伝える「科学道１００冊２０１９」展のほか、理研グッズ販売も同時開催する。

　【日時】　２０１９年１１月３日（日・祝）

　　　　　　講演会　１３：３０～１６：３０（１３：００開場）

　【場所】　丸ビルホール

　　　　　　東京都千代田区丸の内２－４－１　丸ビル７階

　　　　　　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍａｒｕｎｏｕｃｈｉ－ｈｃ．ｊｐ　／ｈｃ－ｍａｒｕｂｉｒｕ／ａｃｃｅｓｓ．ｈｔｍｌ

　【参加費】　無料

　【参加方法】　事前申し込み制・先着順（定員４００人）

　【プログラム】　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｉｋｅｎ．ｊｐ／ｐｒ／ｅｖｅｎｔｓ／ｅｖｅｎｔｓ／２０１９１１０３／

　【問い合わせ】　理化学研究所　広報室

　　　　　　　　　Ｔｅｌ：０４８・４６７・９４４３（直通）

　　　　　　　　　Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｖｅｎｔ－ｋｏｈｏ＠ｒｉｋｅｎ．ｊｐ