時計遺伝子発現による体内時計生理機構の解明

• Project/Area Number: 11233207
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 柴田 重信 早稲田大学, 人間科学部, 教授 (10162629)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 海老原 史樹文 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 教授 (50135331) ; 秋山 正志 日本学術振興会, 特別研究員(PD) (30298179) ; 守屋 孝洋 日本学術振興会, 特別研究員(PD) (80298207)
• Project Period (FY): 1999 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥56,200,000 (Direct Cost: ¥56,200,000); Fiscal Year 2002: ¥15,000,000 (Direct Cost: ¥15,000,000); Fiscal Year 2001: ¥15,000,000 (Direct Cost: ¥15,000,000); Fiscal Year 2000: ¥12,700,000 (Direct Cost: ¥12,700,000); Fiscal Year 1999: ¥13,500,000 (Direct Cost: ¥13,500,000)
• Keywords: 体内時計 / 交感神経系 / 末梢時計 / 時計遺伝子 / 自律神経失調症 / 概日リズム / 光同調 / ペプチド / GRP / PACAP / サーカディアンリズム / 同調 / NMDA / カルシウム / カルモジュリン / グルタミン酸 / 8-OH DPAT / メラトニン / ストレス / 視交叉上核

Research Abstract

本年度は(1)視交叉上核から末梢時計へ時の情報がどのように伝わるかについて調べた。視交叉上核を破壊すると肝臓の時計遺伝子発現リズムが消失するのみならず、その下流遺伝子であるコレステロール合成や分解にかかわる酵素の遺伝子発現リズムも消失する。したがって、視交叉上核からの信号が末梢時計のリズムリセットに深くかかわっているといえる。交感神経活動がその信号を担っている可能性について調べた。アドレナリンやノルアドレナリンの腹腔内投与により肝臓の時計遺伝子mPer1の発現が増大した。この作用は肝臓のスライス標本でも見い出せたことから、交感神経作動薬は肝臓細胞に直接作用することが明らかとなった。また、mPer1-lucife raseトランスゼニックマウスにアドレナリンを投与したり、交感神経終末を刺激すると、バイオルミネッセンスが増大することから、アドレナ-ジック刺激はmPer1のプロモター領域に直接作用できることが判明した。(2)6-OHDA投与による交感神経系の破壊は肝臓のPer1やPer2遺伝子発現リズムを消失させた。このことから、交感神経系の緊張が末梢時計のリズム形成にかかわっている可能性が考えられた。(3)視交叉上核を破壊すると、肝臓でのノルアドレナリン量のリズム変動が消失するとともに、mPer1やmPer2遺伝子発現リズムも減弱した。視交叉上核のリズム性の出力は交感神経活動のリズム形成に役立っている可能性が示唆された。(4)視交叉上核破壊マウスに毎日一定時刻にアドレナリンを末梢から投与すると、新しいリズムが形成され、そのリズムのピークは薬物投与時刻に依存することが明らかとなった。以上の結果は視交叉上核からの交感神経の活動性が末梢時計のリセットに深くかかわっていることを示唆した。

Research Products

• [Publications] Minami Y, Furuno K, Akiyama M, Moriya T, Shibata S.: "PACAP produces a phase shift associated with induction of mPer expression in the mouse SCN"Neuroscience. 113(1). 37-45 (2002)
• [Publications] Minami Y.Horikawa K, Akiyama M, Shibata S.: "Restricted feeding induces daily expression of clock genes and Pai-1 mRNA in the heart of Clock mutant mice"FEBS Lett.. Aug 28;526(1-3). 115-118 (2002)
• [Publications] Nisikawa Y, Shimazoe T, Shibata S, Watanabe S.: "Time-dependent effect of glutamate on long-term potentiation in the suprachiasmatic nucleus of rats"J Pharmacol.. Oct;90(2). 201-204 (2002)
• [Publications] Fukunaga K, Horikawa K, Shibata S, Takeuchi Y, Miyamoto E.: "CaMK II -dependent long-term potentiation in the rat suprachiasmatic nucleus and its inhibition by melatonin"J Neurosci Res.. Dec 15;70(6). 799-807 (2002)
• [Publications] Mutoh T, Shibata S, Horst-Werner Korf, Okamura H: "Melatonin modulates the light-induced Sympathoexcitation and vagal suppression with participation of the SCN in mice"J Physiol.. 547.1. 317-332 (2003)
• [Publications] Yamamoto S: "Expression of the Per1 gene in the hamster : Brain atlas and circadian characteristics in the suprachiasmatic Nucleus"J. Comp. Neurol.. 430. 518-532 (2001)
• [Publications] Aida R: "Gastrin-releasing peptide mediates photic entrainable signals to the dorsal subsets of the suprachiasmatic nucleus via Induction of Period gene in mice. Mol. Pharmacol"Molecular Pharmacology. 61. 26-34 (2002)
• [Publications] Yokota,S-IS: "Involvement of Calcium-Calmodulin protein kinase but not MAPK in light-induced phase delays and Per gene expression in the suprachiaesmatic nuclear of the hamster"Journal of Neuro chemistry. 77. 1-11 (2001)
• [Publications] Moriya,T.S: "Correlative association between NMDA receptor-mediated expression of period gene in the SCIV and phase shifts in behavior with photic entrainment of clack in hamsters"Molecular Pharmacology. 58(6). 1554-1562 (2000)
• [Publications] Wakamatsu H.S: "Additive effect of mPer1 and mPer2 antisense oligonucleotides on light-induced phase shift"Nerno Report. 12. 127-131 (2001)
• [Publications] Hamada, T. ら: "Diurnal regulation of a DNA binding protein to the periocl repeat seguence in the SCN nuclear extract of rat Brain"Mol. Brain Res.. 65. 211-215 (1999)
• [Publications] Hamada, T. ら: "Involvement of glutamate ielease in substance P-induced delays of SCN neuron activity shythm in vitro"Brain Res.. 836. 190-193 (1999)
• [Publications] Nikaido, T.: "Sensitization of methamphetamine-induced disorganization of daily locomtor activity shythn in made rats"Brain Res.. 845. 112-116 (1999)
• [Publications] Akiyama, M.: "Modulation of mPer1 gene expression by anxiolytic dugs in mouse cerebellun"Br. J. Pharmacology. 128. 1616-1622 (1999)
• [Publications] Horikawa, K.: "Non-photic entrainment by 5-HTIA/7 receptor agonists accompanying with reduction of Per1 and Per2 expression"J. Neuioscience. (in press). (2000)
• [Publications] Moriya, T: "NMDA receptor subtype 2C is not involied in the uicadian oscillation or phoci entidinment of the biological clock in mice"J. Neuiosci. Res.. (in press). (2000)
• [Publications] 柴田重信 分担: "生物時計の分子生物「細胞内情報伝達」"シュプリンガー社. 201 (1999)