分子フィードバックループによるリズム発振と細胞間クロストークによる脳内時計の形成

• Project/Area Number: 17021002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 本間 さと 北海道大学, 大学院・医学研究科, 助教授 (20142713)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 真行 富山大学, 理学部, 助教授 (10288053)
• Project Period (FY): 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000); Fiscal Year 2005: ¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000)
• Keywords: 神経科学 / 生理学 / 遺伝子 / 発現抑制 / 生物発光

Research Abstract

哺乳類の生物時計、視交叉上核(SCN)は固有の周期をもつ時計細胞により構成され、細胞間リズム同調により安定した単一周期のリズムを全身に発振していると考えられるが、その機序は不明である。本研究では、時計遺伝子の転写調節フィードバックループの動きを、生物発光レポーターマウスやラットを用いて測定し、SCN内の部位特異性と細胞間同調について検討した。
1.SCN内時計細胞の多様性の検討
時計遺伝子Per1のプロモーター支配下にルシフェラーゼを発現するPer1-Lucマウスを用い、培養SCNにおけるPer1発現の発光リズムを連続測定した。SCNに蛋白合成阻害剤cyclohexamide(CHX)を投与し、washout後の発光リズムを解析した。その結果、6時間のCHX投与後はPer1の発光リズムが二峰性となった。CCDカメラを用いた一細胞解析の結果、SCNには位相の異なる2群の細胞の存在すること、両群はCHXに対し異なる位相反応を示すことが分かった。
2.SCN内の朝と夕を支配する二振動体の検索
長日(LD18:6)と短日(LD6:18)条件下で数週間飼育したラット脳を用い、Digoxigeninラベルプローブを用いた3時間毎のin situ hybridizationを行った。全SCN内での時計遺伝子Per1・Per2発現リズムを測定し、SCN内の朝夕を支配する振動体の局在と分子機構について検討した結果、SCNにおけるPer1発現リズムは明期開始一致で、長日・短日とも発現パターンに有意差が少なく、Per2発現リズムは、長日・短日とも、下降位相が活動開始位相とほぼ一致することが明らかとなった。
以上の2実験の結果、SCNには反応性の異なる分子時計をもつ細胞の存在が明らかとなった。また、Per1とPer2はそれぞれ朝・夕の行動を支配する振動体に関与することが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Maternal deprivation in neonatal rats alters the expression of circadian system under light-dark cycles and restricted daily feeding in adults. (2005)
  • Author(s): Yoshihara, T., Otsuki, Y., Yamazaki, A., Honma, S., Yamasaki, Y., Honma, K
  • Journal Title: Physiol.Behav. 85 Pages: 646-654
• [Journal Article] Maternal deprivation in neonatal rats of different conditions affects growth rate, circadian clock, and stress responsiveness differentially. (2005)
  • Author(s): Yamazaki, A., Ohtsuki, Y., Yoshihara, T., Honma, S., Honma, K.
  • Journal Title: Physiol.Behav. 86 Pages: 136-144
• [Journal Article] Tissue-specific disruption of rhythmic expression of Dec1 and Dec2 in Clock mutant mice. (2005)
  • Author(s): Noshiro, M., Furukawa, M., Honma, S., et al.
  • Journal Title: J.Biol.Rhythms 20 Pages: 404-418
• [Journal Article] Clock gene expression in the submandibular glands (2005)
  • Author(s): Furukawa, M., et al.
  • Journal Title: J Dent Res. 84 Pages: 1193-1197
• [Book] Advances in Network Electrophysiology Using Multi-Electrode Arrays (2006)
  • Author(s): Honma, S., Namakura, W., Shirakawa, T., Honma, K.
  • Publisher: Kluwer press.(in press)
• [Book] 睡眠学 (2006)
  • Author(s): 本間さと
  • Publisher: 朝倉書店(印刷中)
• [Book] 環境生理学 (2006)
  • Author(s): 本間さと
  • Publisher: 北海道大学図書出版会(印刷中)
• [Book] Biological Rhythms (2005)
  • Author(s): Honma, S., Namakura, W., Shirakawa, T., Honma, K.
  • Total Pages: 172
  • Publisher: Hokkaido University Press