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Analysis of the relationship between the peripheral circadian clock and hibernation in a hibernating mammal

Research Project

Project/Area Number 20K06746
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
Research InstitutionKitasato University

Principal Investigator

Takamatsu Nobuhiko  北里大学, 理学部, 教授 (40206876)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords転写制御 / 概日リズム / 末梢時計 / Per2 / HSF1 / 冬眠 / 体温変動 / 中途覚醒 / AMPK / Per2遺伝子 / 低体温
Outline of Research at the Start

冬眠哺乳動物シマリスは,夏季の活動期には,約37℃の体温を保って生活しているが,冬季の冬眠期には,5~7日間の持続的な約5℃の低体温状態の冬眠と約20時間の中途覚醒(体温が約37℃に回復する)を繰り返す。冬眠に入る時には,代謝を抑制し,体温を低下させていると考えられるが,その分子機構はわかっていない。HSF1は時計遺伝子Per2の転写活性化及びエネルギーセンサーのAMPKの活性制御に関与することから,本研究では,エネルギー代謝の中心である肝臓において,HSF1が概日リズムと代謝の制御に関与し,両者を連動させることにより,冬眠期特異的に低体温を誘導している可能性について解明する。

Outline of Final Research Achievements

In mammals, various physiological processes such as sleep-wake rhythms, body temperature fluctuations, and metabolism are regulated by the circadian clock. In this study, we analyzed the expression of clock genes in the liver of chipmunks to investigate the relationship between peripheral circadian clock and hibernation in a hibernating mammal. In the hibernation season, Per2 mRNA was transiently increased by HSF1, which was activated by elevated body temperature during interbout arousal, and showed periodic fluctuations in the torpor-arousal cycle, but no periodic fluctuations were observed in Bmal1 mRNA, suggesting that the peripheral circadian clock was not functioning. Therefore, it was suggested that in the hibernation season, gene expression necessary for hibernation may be carried out by the formation of a new gene network.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

冬眠哺乳動物は,深冬眠中には,数日間-数週間,数℃の低体温で,丸まった固定した姿勢で過ごす。冬眠期の深冬眠-中途覚醒サイクルでは心拍数が大幅に変動するため,虚血-再灌流のような状態に晒される。また冬眠中のエネルギー源として脂肪を蓄積し,体重を大幅に増加させる種もいる。これらの観察から,冬眠哺乳動物は低体温症,廃用性筋萎縮,虚血-再灌流による細胞へのダメージや糖尿病に対して強い耐性を有していると考えられており,その分子基盤の解明は医療にも有用な知見をもたらすものと期待されている。本研究により,冬眠期に構築される遺伝子ネットワークの解析は,そのような分子基盤の解明に繋がることが期待される。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Heat shock factor 1 induces a short burst of transcription of the clock gene Per2 during interbout arousal in mammalian hibernation2023

    • Author(s)
      Takamatsu Nobuhiko、Shirahata Yuiho、Seki Kota、Nakamaru Erina、Ito Michihiko、Tsukamoto Daisuke
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 299 Issue: 4 Pages: 104576-104576

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2023.104576

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Gene expression regulation during hibernation using body temperature fluctuations in the mammalian hibernator chipmunk2021

    • Author(s)
      塚本 大輔、高松 信彦
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 93 Issue: 6 Pages: 830-834

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2021.930830

    • NAID

      40022783954

    • ISSN
      0037-1017
    • Year and Date
      2021-12-25
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] シマリス肝臓における冬眠期の体温変動に伴った発現変動遺伝子の網羅的解析2022

    • Author(s)
      塚本 大輔, 高松 信彦
    • Organizer
      第4回冬眠休眠研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 冬眠哺乳動物シマリスの miR-182-5p による時計遺伝子 CLOCK の発現制御の解析2022

    • Author(s)
      関 皓太, 高松 信彦
    • Organizer
      第4回冬眠休眠研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 冬眠哺乳動物シマリスの miR-182-5p による FOXO1 の発現制御と FOXO1 による GADD45A の転写制御の解析2022

    • Author(s)
      白畠 由比穂, 高松 信彦
    • Organizer
      第4回冬眠休眠研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 冬眠哺乳動物シマリスの肝臓における CREB1 の機能解析2022

    • Author(s)
      中丸 絵莉奈, 高松 信彦
    • Organizer
      第4回冬眠休眠研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] シマリス冬眠の低体温に伴う Rbm3 遺伝子の発現制御機構と機能の解析2022

    • Author(s)
      塚本 大輔,坂部 寧々,関 皓太,白畠 由比穂,中丸 絵莉奈,伊藤 道彦,高松 信彦
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 冬眠に伴うストレス応答遺伝子 GADD45A の FOXO1 による転写活性化機構の解明2022

    • Author(s)
      白畠 由比穂,関 皓太,中丸 絵莉奈,岡村 瑠美,塚本 大輔,伊藤 道彦,高松 信彦
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 冬眠哺乳動物シマリスの肝臓の末梢時計の発現制御の解析2022

    • Author(s)
      関 皓太,白畠 由比穂,中丸 絵莉奈,塚本 大輔,伊藤 道彦,高松 信彦
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 冬眠哺乳動物シマリスの肝臓における CREB1 バリアントの発現及び機能解析2022

    • Author(s)
      中丸 絵莉奈,安達 めぐみ,白畠 由比穂,関 皓太,塚本 大輔,伊藤 道彦,高松 信彦
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 冬眠哺乳動物シマリスのmiR-182-5pによるFOXO1の発現抑制とFOXO1によるGADD45Aの転写制御の解析2021

    • Author(s)
      白畠由比穂,関皓太,岡村瑠美,塚本大輔,伊藤道彦,高松信彦
    • Organizer
      日本分子生物学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 冬眠哺乳動物シマリスのmiR-182-5pによる時計遺伝子CLOCKの発現制御の解析2021

    • Author(s)
      関皓太,白畠由比穂,塚本大輔,伊藤道彦,高松信彦
    • Organizer
      日本分子生物学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] シマリスの肝臓における体温変動を利用した冬眠に伴う遺伝子の発現制御機構2020

    • Author(s)
      塚本大輔,伊藤道彦,高松信彦
    • Organizer
      第43回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Book] シマリスの冬眠の分子生物学的研究2023

    • Author(s)
      塚本 大輔,高松 信彦
    • Publisher
      北海道大学低温科学研究所
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Book] 冬眠動物シマリスの冬眠に伴う遺伝子発現制御機構2020

    • Author(s)
      塚本大輔,高松信彦
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      羊土社
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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