行動リズムを支配する時計機構:中枢覚醒と多振動体同期の分子機構

• Project/Area Number: 20019002
• 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 Hokkaido University, 大学院・医学研究科, 教授 (20142713)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥9,600,000 (Direct Cost: ¥9,600,000); Fiscal Year 2009: ¥4,800,000 (Direct Cost: ¥4,800,000); Fiscal Year 2008: ¥4,800,000 (Direct Cost: ¥4,800,000)
• Keywords: 神経科学 / 生理学 / 選伝子 / 生体リズム / 発光レポーター / 遺伝子

Research Abstract

中枢時計SCNから行動リズム発振機構への出力経路を明らかにする目的で、時計遺伝子per1発現とPER2蛋白を発光にてレポートするper1-lucトランスジェニックマウスとPER2::LUCノックインマウスを用い、2以下の2実験を行い、所定の成果を得た。
1.活動開始と終了を制御する振動体の局在:明暗(LD)12:12h下で繁殖飼育したマウスをLD18:6の長日条件、又はLD6:18の短日条件に3週間以上暴露した後、SCNの水平断切片をルシフェリン含有培地にて培養し、1時間露光の連続発光イメージを5日間撮像した。ピクセル毎の位相マップを作成した結果、SCN前外側に点灯前からper1発現が上昇する細胞群の存在が分かり、最前部の細胞群のリズムとは180度の位相差があった。一方、長日下のPER2リズムには、SCN前後でper1同様の傾向はあったが、位相差は数時間であり、前SCNに夜明けのピークをもつ細胞群は存在しなかった。同一細胞が内因性リズム発振と環境応答で2つの分子ループを使い分けている可能性が示唆された。
2.遺伝子発現in vivo計測と行動リズムを駆動する振動体の検索:光ファイバーを用い、無麻酔・無拘束状態でSCNからの発光活性を連続計測し、時計遺伝子発現と行動リズムを同一個体で比較した。連続暗黒で飼育中のマウスに30分の光照射にてリズムをシフトさせ、時計遺伝子発現と行動のリズム変位の移行期を比較したところ、SCNにも行動リズムに一致した移行期をもつ細胞群の存在が明らかとなり、行動を駆動する中枢がSCN内部にも存在する可能性が示唆された。また、発光活性と自発活動は短時間の変動を示し、相互相関では自発活動がper1-lucを6-8分先行していることが分かった。per1発現からルシフェラーゼ蛋白合成までには数時間の時間を要するので、この変化は活動に伴う血流変化、特に、酸素、ATP、基質の変動などの影響を反映していると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Physical exercise accelerates re-entrainment of human sleep-wake cycle but not of plasma melatonin rhythm to 8h phase-advanced sleep schedule (2010)
  • Author(s): 山仲勇二郎
  • Journal Title: Am.J.Physiol.Regul.Integ.Comp.Physiol. (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The liver X receptors(LXRα and LXRβ)are potent regulators for hepatic Dec1 expression (2009)
  • Author(s): Noshiro, M.
  • Journal Title: Genes to Cells 14 Pages: 29-40
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-sustained circadian rhythm in cultured human mononuclear cells isolated from peripheral blood (2009)
  • Author(s): Ebisawa, S.
  • Journal Title: Neurosci Res. 66 Pages: 223-227
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The SCN-independent clocks, methamphetamine and food restriction (2009)
  • Author(s): Honma, K.
  • Journal Title: Eur.J.Neurosci 30 Pages: 1707-1717
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 睡眠障害の時間治療 (2009)
  • Author(s): 山仲勇二郎
  • Journal Title: 医療ジャーナル 145 Pages: 107-112
• [Journal Article] The liver X receptors (LXRα and LXRβ) are potent regulators for hepatic Decl expression (2009)
  • Author(s): Noshiro M
  • Journal Title: Genes to Cells 14 Pages: 29-40
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On the role of calcium and potassium currents in circadian modulation of firing rate in rat suprachiasmatic nucleus neurons : Multielectrodedish analysis. (2008)
  • Author(s): Kononenko NI
  • Journal Title: Neurosci Res. 62 Pages: 51-57
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The circadian pacemaker in the cultured suprachiasmatic nucleus from nun mice is highly sensitive to external perturbation. (2008)
  • Author(s): Nishide S
  • Journal Title: Eur. J. Neurosci. 27 Pages: 2686-2690
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scheduled exposures to a novel environment with a running-wheel differentially accelerate re-entrainment of mice peripheral clocks to new light-dark cycles. (2008)
  • Author(s): Yamanaka, Y
  • Journal Title: Genes to Cells 13 Pages: 497-507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clock mechanisms for seasonal adaptation : Morning and evening oscillators in the sunrachiasmatic nucleus (2008)
  • Author(s): Honma, S
  • Journal Title: Sleep Biol. Rhythms 6 Pages: 84-90
• [Journal Article] A TTX sensitive local circuit is involved in the expression of PK2 and BDNF circadian rhythms in the mouse suprachiasmatic nucleus (2008)
  • Author(s): Baba, K
  • Journal Title: Eur.J.Neurosci 27 Pages: 909-916
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 生体リズムの分子機構 (2008)
  • Author(s): 吉川朋子
  • Journal Title: 日本臨床 933 Pages: 90-95
• [Journal Article] モデル動物を使った睡眠研究. ヒト型睡眠の特徴とそのモデル化 (2008)
  • Author(s): 増渕悟
  • Journal Title: 細胞工学 27 Pages: 456-460
• [Journal Article] 真夜中の人体の生理 (2008)
  • Author(s): 山仲勇二郎
  • Journal Title: Journal of Integrated Medicine 18 Pages: 820-825
• [Journal Article] 睡眠と生体リズム, 概日リズムの位相制御 (2008)
  • Author(s): 山仲勇二郎
  • Journal Title: 脳21 11 Pages: 26-31
• [Presentation] 生体リズムのイメージング (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: 第62回日本自自律神経学会
  • Place of Presentation: ダイワロイネットホテル、和歌山
  • Year and Date: 2009-11-06
• [Presentation] Seasonality in sleep and wakefulness (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: The 6^<th> Congress of Asian Sleep Research Society
  • Place of Presentation: Osaka Convention Center, Osaka
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] ホルモン分泌と生物時計機構:生物発光レポーターとその応用 (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: 第9回日本内分泌学会北海道地方会
  • Place of Presentation: かでる2.7、札幌
  • Year and Date: 2009-10-10
• [Presentation] 生存戦略としての生物時計-その分子・細胞メカニズム (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: 第4回体温調節・温度受容研究会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター岡崎
  • Year and Date: 2009-09-11
• [Presentation] Non-photic time cues and animal life : photic cue is not almighty. Symposium on "Entrainment by non-photic time cues (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: IX th European Congress on Biological Rhythms
  • Place of Presentation: University of Strasbourg, Sttasboug, France
  • Year and Date: 2009-08-24
• [Presentation] Clock for all seasons composed of functionally heterogenous SCN cells (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: International Symposium on Biological Rhythms
  • Place of Presentation: Hokkaido University Conference Center, Sapporo
  • Year and Date: 2009-08-03
• [Presentation] Clock mechanisms in mammals encoding photoperiods (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: International Congress of Physiological Societies(IUPS)2009
  • Place of Presentation: International Conference Center, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] Photic regulation of phase and tau ; adaptive role of a kinase in the SCN (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: Gordon Conference on Chronobiology
  • Place of Presentation: Slave Regina Collage, New Port, RI, USA
  • Year and Date: 2009-07-23
• [Presentation] ヒト睡眠覚醒リズム障害の動物モデル : メタンフェタミン慢性投与と行動・睡眠リズムの脱同調 (2008)
  • Author(s): 本間さと
  • Organizer: 日本睡眠学会第33回定期学術集会
  • Place of Presentation: 郡山市ビックパレット福島
  • Year and Date: 2008-06-25
• [Book] Molecular Imaging for Integrated Medical Therapy and Drug Development (2010)
  • Author(s): 本間さと
  • Total Pages: 303
  • Publisher: Springer
• [Book] 睡眠学 (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Total Pages: 735
  • Publisher: 朝倉書店
• [Book] 光周性の分子生物学 (2009)
  • Author(s): 吉川朋子
  • Total Pages: 199
  • Publisher: シュプリンガー・ジャパン
• [Book] 睡眠覚醒リズムの分子機構 (2009)
  • Author(s): 本間さと
  • Total Pages: 735
  • Publisher: 朝倉書店
• [Book] 時間生物学事典 (2008)
  • Author(s): 本間さと
  • Total Pages: 326
  • Publisher: 朝倉書店