ショウジョウバエ成虫型時計細胞ネットワークの発生メカニズムと生物学的意義の解明

• Project/Area Number: 14J00445
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Animal physiology/Animal behavior
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 瓜生 央大 筑波大学, 生命環境系, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 神経ネットワーク構築 / 時計神経発生 / insulin like signaling / 神経伝達物質 / 新規遺伝子解析 / 時計細胞発生 / 新規遺伝子発見

Outline of Annual Research Achievements

キイロショウジョウバエは、幼虫期の脳内に15個の時計細胞を持つのに対して、成虫羽化後には150個に増加する。しかし、どのようなメカニズムで時計神経が発生するのか、時計細胞ネットワークが変化する生物学的意義は解明されていない。本研究の目標は、概日時計の中枢を構成する細胞ネットワークが幼虫期から成虫期に至る発生過程、すなわち変態期においてどのように（＝時計細胞の発生を制御する分子メカニズム）獲得されるのかを解明することを目的としている。
本年度は前年度までに見つけた、時計神経の発生に関わる4遺伝子に関連する他因子、を詳しく解析した。昨年度までに見つけた4遺伝子から、insulin like signaling (IlS)が時計神経の発生に関係していると考え、IlS関連遺伝子をノックダウンしたところ、成虫の時計神経の発生異常が観察された。つまり、IlSが時計神経の発生に関与していることが分かった。また、昨年度から作成したトランスジェニック系統pdf遺伝子上流-GFP個体を使って各遺伝子のノックダウン系統を解析した。その結果、これまで確認されていた各ノックダウン系統における細胞数減少はなく、細胞の存在が確認された。しかし、時計の出力因子である神経ペプチドPDFの発現や時計タンパクCLKの発現が見られないことから、時計神経の時計機能そのものが消失していることが判明した。つまり、私たちが発見した4つの因子は時計神経における時計機能の獲得に必要なものであると示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] cryptochrome genes form an oscillatory loop that can operate independent of the per/tim loop in the circadian clockwork of the cricket Gryllus bimaculatus (2017)
  • Author(s): Tokuoka Atsushi, Itoh Taichi Q, Hori Shinryo, Uryua Outa, Danbara Yoshiki, Nose Motoki, Bandoc Tetsuya, Tanimura Teiichi, Tomiok Kenji
  • Journal Title: Zoological Letters Volume: 3 Issue: 1 Pages: 5-5
  • DOI: 10.1186/s40851-017-0066-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Recent progress in understanding the role of ecdysteroids in adult insects: Germline development and circadian clock in the fruit fly Drosophila melanogaster (2015)
  • Author(s): Outa Uryu*, Tomotsune Ameku* and Ryusuke Niwa (*Equal contributors)
  • Journal Title: Zoological Letters Volume: 1 Issue: 1 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1186/s40851-015-0031-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The nuclear receptor genes HR3 and E75 are required for the circadian rhythm in a primitive insect. (2014)
  • Author(s): Kamae, Y., Uryu, O., Miki, T., Tomioka, K.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] dentification and characterization of Genes Controlling Development of PDF-Positive Clock Neurons in the Fruit Fly Drosophila melanogaster (2016)
  • Author(s): 瓜生央大
  • Organizer: Society for Research on Biological Rhythms（SRBR2016）
  • Place of Presentation: Innisbrook（アメリカ合衆国・フロリダ・palm Harbar)
  • Year and Date: 2016-05-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ショウジョウバエから見る時計機構構築の仕組み (2016)
  • Author(s): 瓜生央大
  • Organizer: 日本時間生物学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県・名古屋市）
  • Invited
• [Presentation] Molecular and cellular mechanisms controlling development of the clock neurons in the fruit fly Drosophila melanogaster (2016)
  • Author(s): 瓜生央大
  • Organizer: 12th Japanese Drosophila Research Conference (JDRC12)
  • Place of Presentation: 立教大学（東京都・豊島区）
• [Presentation] ショウジョウバエ時計神経細胞の発生メカニズムの解析 (2015)
  • Author(s): 瓜生央大
  • Organizer: 日本時間生物学会
  • Place of Presentation: 東京都・文京区・東京大学本郷キャンパス 伊藤国際学術研究センター
  • Year and Date: 2015-11-21
• [Presentation] ショウジョウバエ時計細胞群s-LNvの発生に関わる遺伝子の同定 (2015)
  • Author(s): 瓜生央大
  • Organizer: 日本動物学会
  • Place of Presentation: 新潟県・新潟・新潟コンベンションセンター
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] The lola and Pdk1 are essential for development of the sLNvs in the fruit fly Drosophila melanogaster (2015)
  • Author(s): 瓜生央大
  • Organizer: XIV European Biological Rhythms Society (EBRS) Congress
  • Place of Presentation: 英国・マンチェスター・マンチェスター大学
  • Year and Date: 2015-08-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ショウジョウバエにおけるステロイドホルモン生合成に関わる新規ジンクフィンガー転写因子の機能解析 (2015)
  • Author(s): 瓜生央大
  • Organizer: 日本発生生物学会
  • Place of Presentation: 茨城県・つくば・つくば国際会議場
  • Year and Date: 2015-06-02
• [Presentation] ショウジョウバエ成虫型時計細胞ネットワーク発生の動態 (2014)
  • Author(s): 瓜生央大
  • Organizer: 第85回日本動物学会
  • Place of Presentation: 仙台、東北大学
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13