Kai時計遺伝子の分子遺伝学的解析による概日振動の発生機構の解明

• Project/Area Number: 11233203
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 近藤 孝男 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10124223)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小山 時隆 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30324396) ; 岩崎 秀雄 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (00324393) ; 石浦 正寛 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 教授 (20132730)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥48,100,000 (Direct Cost: ¥48,100,000); Fiscal Year 2002: ¥11,300,000 (Direct Cost: ¥11,300,000); Fiscal Year 2001: ¥11,300,000 (Direct Cost: ¥11,300,000); Fiscal Year 2000: ¥12,300,000 (Direct Cost: ¥12,300,000); Fiscal Year 1999: ¥13,200,000 (Direct Cost: ¥13,200,000)
• Keywords: シアノバクテリア / 概日時計 / kai時計遺伝子 / ネガティブフィードバック / 蛋白質相互作用 / ATP / GTP結合能 / 時計蛋白のリン酸化 / センサーキナーゼ / ki時計遺伝子

Research Abstract

シアノバクテリアの概日振動は時計蛋白質KaiCによるkaiBCプロモーターのフィードバック制御を骨格として発生していると考えられている(Ishiura et al. 1998)。この様式は真核生物の時計モデルと共通であるが、これまでのところ、真核生物の様に時計遺伝子の上流領域に対するKaiCの特異的な制御は確認されていない。そこで、シアノバクテリアの概日システムの特徴を裏付けている機構を探るべく、解析を行ない、以下の結果を得た。1)KaiCの過剰発現はkaiBCプロモーターのみならずすべてのプロモーターのリズム成分だけを選択的に抑制する。2)kaiBC欠損株において、大腸菌由来のプロモーターによりkaiCBを発現させた場合でも、発現レベルを調整すると、ほぼ完全な概日振動を回復することが出来た。従って、シアノバクテリアではKaiCは遺伝子発現の包括的制御を行っており、細胞の遺伝子発現を包括的に制御するとともに、概日振動の発生を実現していると考えられる。これを裏付けるためシアノバクテリアのKaiC蛋白質の細胞内の時計蛋白質の分布を調べ、KaiC蛋白質は膜画分と核様体に多く存在することを明らかにし,さらにKaiCのDNA結合能についても詳細な生化学データが蓄積しつつある。

Research Products

• [Publications] 谷口靖人: "Two KaiA-binding domains of cyanobacterial circadian clock protein KaiC"FEBS Lett.. 496. 86-90 (2001)
• [Publications] 岩崎秀雄: "KaiA-stimulated KaiC phosphorylation in circadian timing loops in cyanobacteria"Proc.Natl.Acad.Sci. USA. 99. 15788-15793 (2002)
• [Publications] 景山伯春: "Circadian formation of clock protein complexes by KaiA, KaiB, KaiC and SasA in cyanobacteria"J.Biol.Chem.. 278. 2388-2395 (2003)
• [Publications] 北山陽子: "KaiB functions as an attenuator of KaiC phosphorylation in the cyanobacterial clock system"EMBO Journal. (印刷中). (2003)
• [Publications] 岩崎秀雄: "Histidine kinases in the cyanobacterial circadian system"Histidine kinases (Academic Press). (Book Chapter). 297-311 (2003)
• [Publications] 岩崎秀雄: "バクテリアの生物時計:その高度な調節機構と複雑さ"バイオサイエンスとバイオインダストリー. 60. 225-230 (2002)
• [Publications] 谷口靖人: "Two KaiA-binding domains of cyanobacterial circadianclock protein KaiC"FEBS Letters. 496. 86-90 (2001)
• [Publications] 岩崎秀雄: "多重フィードバック制御による概日時計の振動安定化機構"細胞工学. 20・6. 801-807 (2001)
• [Publications] Nishiwaki T: "Nucleotide binding and autophosphorylation of the clock protein KaiC as a circadian timing process of cyanobacteria."Proc.Natl.Acad.Sci.. 97. 495-499 (2000)
• [Publications] Iwasaki H: "A KaiC-interacting sensory histidine kinase, SasA, necessary to sustain robust circadian oscillation in cyanobacteria."Cell. 101. 223-233 (2000)
• [Publications] Schmitz,O: "CikA, a bacteriophytochrome that resets the cyanobacterial circadian clock."Science. 289. 765-768 (2000)
• [Publications] Kondo T: "Circadian clock of cyanobacteria."Bio Essays. 22. 10-15 (2000)
• [Publications] Iwasaki H: "The current state and problems of circadian clock studies in cyanobacteria."Plant Cell Physiol.. 41. 1013-1020 (2000)
• [Publications] Iwasaki H.: "Physical interactions among circadian clock proteins, KaiA, KaiB and KaiC, in cyanobacteria"EMBO J. 18. 1137-1145 (1999)
• [Publications] Nishiwaki T.: "Nucleotide binding and autophosphorylation of the clock protein KaiC as a circadian timing process of cyanobacteria"Proc. Natl. Acad. Sci.. 97. 495-499 (2000)
• [Publications] Kondo, T.: "The circadian clocks of plants and cyanobacteria"Trends Plant Sci.. 4. 171-176 (1999)
• [Publications] Kondo T.: "Circadian clock of cyanobacteria"Bio Essays. 22. 10-15 (2000)