メダカの秋季感知機構の解明

• Project/Area Number: 18J10936
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Animal physiology/Animal behavior
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 中山 友哉 名古屋大学, 生命農学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 光周性 / 季節適応 / トランスクリプトーム解析 / メダカ

Outline of Annual Research Achievements

四季がある地域に生息する多くの動物は季節による環境変化に適応するため、季節に合わせた最適な生理機能や行動をとるよう進化してきた。近年の研究より春季感知による繁殖開始の脳内情報伝達経路が明らかとなってきたが、秋季感知による繁殖停止のメカニズムは依然として明らかとなっていない。メダカは秋の短日刺激に応答して繁殖を停止するため、哺乳類の光周性に重要なメラトニンが秋季感知機構に働いていることが考えられた。しかし、メラトニンの影響を検討したところ、投与の有無に関わらず、繁殖が維持されていたため、メダカはメラトニンを介さず、繁殖を停止していることが示唆された。そこで次に長日条件から短日条件へと移行した際の脳の時系列サンプルを用いた網羅的な遺伝子発現解析を実施した。その結果、短日刺激に応じて様々な遺伝子の発現が変動していることが明らかとなった。また、RNA-seq解析よりいくつかの遺伝子はスプライシングパターンを変化させていることも明らかとなったため、メダカは短日刺激により特定の遺伝子の発現を上昇させるとともにスプライシングパターンを変化させ、秋季に適応していることが明らかとなった。
ヒトにおいても精神疾患の罹病率が季節と密接に関係していることが報告されている。例えば、季節性感情障害は冬にうつ様症状が出る病気で、季節による環境変化が大きい高緯度地域に発症者が多いが、その詳細なメカニズムは明らかとなっていなかった。我々はメダカを用いて「脊椎動物の季節適応機構」の研究をしている中で、メダカは冬になると社会性が大きく低下するうつ様行動を示すことを発見した。これらの行動変化の分子基盤を明らかにすることを目的として、既存薬ライブラリーのスクリーニングやゲノム機能解析を実施したところ、冬季のうつ様行動を改善する薬を発見し、NRF2によって制御される情報伝達経路の季節変化が重要であることを明らかにした。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Seasonal changes in NRF2 antioxidant pathway regulates winter depression-like behavior (2020)
  • Author(s): Nakayama T, Okimura K, Shen J, Guh Y-J, Tamai K, Shimada A, Minou S, Okushi Y, Shimmura T, Furukawa Y, Kadofusa N, Sato A, Nishimura T, Tanaka M, Nakayama K, Shiina N, Yamamoto N, Loudon A.S, Nishiwaki-Ohkawa T, Shinomiya A, Nabeshima T, Nakane Y, and Yoshimura T
  • Journal Title: PNAS Volume: - Issue: 17 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1073/pnas.2000278117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Seasonally regulation of the lncRNA LDAIR modulates self-protective behaviors during the breeding season. (2019)
  • Author(s): Nakayama T., Shimmura, T., Shinomiya, A., Okimura, K., Takehana,Y., Furukawa, Y., Shimo, T., Senga, T., Nakatsukasa, M., Nishimura, T., Tanaka, M., Okubo, K., Kamei, Y., Naruse, K. and Yoshimura, T.
  • Journal Title: Nature Eco. Evol. Volume: 3 Issue: 5 Pages: 845-852
  • DOI: 10.1038/s41559-019-0866-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Indirect pathway to pectoral fin motor neurons from nucleus ruber in the Nile tilapia Oreochromis niloticus (2019)
  • Author(s): Nakayama T, Nishino H, Narita J, Abe H, Yamamoto N
  • Journal Title: J. Comp Neurol. Volume: 527 Issue: 5 Pages: 957-971
  • DOI: 10.1002/cne.24578
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 脊椎動物の季節感知機構の解明とその応用 (2019)
  • Author(s): 中山友哉, 中根右介, 吉村崇
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 57 Pages: 121-128
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Seasonal changes in color perception (2018)
  • Author(s): Shimmura T, Nakayama T, Shinomiya A, Yoshimura T
  • Journal Title: General and Comparative Endcrinology Volume: 260 Pages: 171-174
  • DOI: 10.1016/j.ygcen.2017.12.010
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 長鎖ノンコーディングRNAであるLDAIRは自己防衛行動の季節変化を制御する (2019)
  • Author(s): 中山友哉、新村毅、四宮愛、沖村光祐、竹花佑介、古川祐子、下貴行、千賀琢未、中務真愛、西村俊哉、田中実、大久保範聡、亀井保博、成瀬清、吉村崇
  • Organizer: 第26回(2019年度)日本時間生物学会学術大会
• [Presentation] Molecular mechanism of seasonal adaptation in medaka (2019)
  • Author(s): Tomoya Nakayama, Tsuyoshi Shimmura, Ai Shinomiya, Yusuke Takehana, Shoji Fukamachi, Masaki Yasugi, Eiji Watanabe, Toshiya Nishimura, Minoru Tanaka, Kataaki Okubo, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse, Takashi Yoshimura
  • Organizer: The 14th International Zebrafish Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Seasonal regulation of the lncRNA LDAIR modulates self-protective behaviors during the breeding season (2019)
  • Author(s): Tomoya Nakayama, Tsuyoshi Shimmura, Ai Shinomiya, Kousuke Okimura, Yusuke Takehana, Yuko Furukawa, Takayuki Shimo, Takumi Senga, Mana Nakatsukasa, Toshiya Nishimura, Minoru Tanaka, Kataaki Okubo, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse and Takashi Yoshimura
  • Organizer: XVI European Biological Rhythms Society Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seasonal regulation of the lncRNA LDAIR modulates self-protective behaviors during the breeding season (2019)
  • Author(s): Tomoya Nakayama, Tsuyoshi Shimmura, Ai Shinomiya, Kousuke Okimura, Yusuke Takehana, Yuko Furukawa, Takayuki Shimo, Takumi Senga, Mana Nakatsukasa, Toshiya Nishimura, Minoru Tanaka, Kataaki Okubo, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse and Takashi Yoshimura
  • Organizer: the 1st International Exchange Symposium of Zoology: Invitation to Neuroscience
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Transcriptome Analysis of Spring-Responsive Genes in Medaka (Oryzias latipes) (2018)
  • Author(s): Tomoya Nakayama, Tsuyoshi Shimmura, Ai Shinomiya, Yusuke Takehana, Takayuki Shimo, Takumi Senga, Toshiya Nishimura, Minoru Tanaka, Yasuhiro Kamei, Kiyoshi Naruse, Takashi Yoshimura
  • Organizer: Society for Research on Biological Rhythms
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] メダカのストレスに対する応答性の季節変化に長鎖ノンコーディングRNAが関与していることを発見
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2019/04/09.html