明確な明暗サイクルの無い条件下での概日時計の同期

• Project/Area Number: 09J10517
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Kyushu University (2011); Ochanomizu University (2009-2010)
• Principal Investigator: 伊藤 浩史 九州大学, 大学院・芸術工学研究院, 助教
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2011: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2010: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2009: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 概日リズム / 同期 / ノイズ / 光サイクル / シアノバクテリア / 生物

Research Abstract

シアノバクテリア慨日リズムにおけるさまざまな種類の光(極めて小さな振幅の正弦波やノイズを含んだ波形など)の影響を調べるために、実験装置のセットアップを行い、生物発光による概日リズム計測を可能とした。シアノバクテリアには基質を外から投与しなくても生物発光を呈する組み替え体を作成し、これをポンプで循環させることによって、増殖が盛んな液体培地中での長時間の概日リズムの観察を可能とした。またノイズなどの様々なタイプの光が照射できるようなLEDとコンピュータ制御可能な電流源からなる照明装置を作成し、培養装置内部に配置した。
この装置を用いて新たに明らかになった事実として、培養時の温度を低下させたときに生物発光によって概日リズムを観察すると、ある温度以下では振幅が小さくなることによって概日リズムが観察されなくなることがわかった。またこの限界低温温度は、照射する照度に依存して変化することがわかった。低温環境下での概日リズムというのは、古くから研究されているが、シアノバクテリアでは未だ報告がなく、低温による概日リズム消失現象はメカニズムは不明な点が多い。本研究では概日リズム消失現象と照度が関係していることを明らかにするものである。
また分岐理論とよばれる力学系の理論を参照すると、リズムの消失の原因は"ホップ分岐"と呼ばれるタイプあることがわかった。このタイプは振幅が0になることがリズム消失の原因である。従って本研究で得た結果は、照度は概日リズムの振幅を変化させる可能性を示唆している。

Research Products

• [Journal Article] Fluorescence correlation spectroscopy to monitor Kai protein-based circadian oscillations in real time (2012)
  • Author(s): Goda K, Ito H, Kondo T, Oyama T
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 287 Issue: 5 Pages: 3241-3248
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.265777
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Circadian transcriptional regulation by the posttranslational oscillator without de novo clock gene expression in Synechococcus (2011)
  • Author(s): Hosokawa N, Hatakeyama T, Kojima T, Kikuchi Y, Ito H, Iwasaki H
  • Journal Title: Proceedings of National Academy of Sciences Volume: 108 Issue: 37 Pages: 15396-15401
  • DOI: 10.1073/pnas.1019612108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 生物リズムの生まれ方:数学的視点から (2011)
  • Author(s): 伊藤浩史、郡宏
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 30 Pages: 1248-1255
• [Journal Article] In vitro regulation of circadian phosphorylation rhythm of cyanobacterial clock protein KaiC by KaiA and KaiB (2010)
  • Author(s): Nakajima M, Ito H, Kondo T.
  • Journal Title: FEBS Letters 584 Pages: 898-902
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cyanobacterial daily life with Kai-based circadian and diurnal genome-wide transcriptional control in Synechococcus elongatus (2009)
  • Author(s): Ito H, Mutsuda M, Murayama Y, Tomita J, Hosokawa N, Terauchi K, Sugita C, Sugita M, Kondo T, Iwasaki H.
  • Journal Title: Proceedings of National Academy of Sciences 106 Pages: 14168-14173
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 低温による概日リズム停止現象の再検討 (2011)
  • Author(s): 村山依子, 郡宏, 近藤孝男, 岩崎秀雄, 伊藤浩史
  • Organizer: 時間生物学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] 縮約の思想と生物学～抽象生物学のすすめ (2011)
  • Author(s): 郡宏, 伊藤浩史
  • Organizer: 定量生物の会第4回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] 試験管内の体内時計を光・温度刺激に同調させる (2009)
  • Author(s): 伊藤浩史
  • Organizer: 日本数理生物学会
  • Place of Presentation: 東大・駒場
  • Year and Date: 2009-09-09
• [Presentation] Entrainment of KaiC phosphorylation rhythm by ratio fluctuation among Kai proteins (2009)
  • Author(s): 伊藤浩史
  • Organizer: International Symposium for Biological rhythms
  • Place of Presentation: Sapporo
• [Presentation] Entrainment of KaiC phosphorylation rhythm by ratio fluctuation among Kai proteins (2009)
  • Author(s): 伊藤浩史
  • Organizer: Congress of the European biological rhythms societ
  • Place of Presentation: Strasbourg France
• [Remarks]
  • URL: http://www.design.kyushu-u.ac.jp/~hito/
• [Remarks]
  • URL: http://ap-www.cf.ocha.ac.jp/hito/