分子シャペロン遺伝子の発現リズムの破綻が肝臓に異常を引き起こすしくみ

• Project/Area Number: 20K15841
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 北條 広朗 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 特定研究員 (80867052)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 概日リズム / エンハンサー / シャペロン / マウス / 代謝

Outline of Research at the Start

本研究は、エンハンサーを欠失させて一つの遺伝子の発現リズムのみを特異的に破綻させる、という新しい方法によって、一つ一つの遺伝子の発現リズムの生理的な意義をあぶりだそうとする研究である。概日時計は生体恒常性の維持に必須の分子機構であり、多くの疾患で概日時計の異常 (多数の遺伝子の発現リズムの異常) が観察される。しかし、「どの」遺伝子のリズムの異常が疾患に重要かを同定することは困難であった。本研究は、エンハンサー遺伝学を活用してこの課題を解決しようとするものである。

Outline of Annual Research Achievements

概日時計は生体恒常性の維持に必須の分子機構であり、多くの疾患で概日時計の異常 (多数の遺伝子の発現リズムの異常) が観察される。ところがこれまで、「どの」遺伝子のリズムの異常が疾患に重要かを同定することは技術的に困難であった。本研究では、エンハンサー遺伝学を活用してこの課題を解決しようと試みた。本研究では標的遺伝子を肝臓で発現するシャペロン遺伝子とし、本遺伝子のエンハンサーを同定した。次にCrispr/Cas9システムを利用して、本エンハンサーを欠失させたマウスを作製した。本マウスの肝臓における標的シャペロン遺伝子の発現リズムを解析するため、一日を3時間おきに区切りマウス肝臓を採取しリアルタイムPCRおよびウェスタンブロッティングを行った。その結果、mRNAレベル、タンパク質レベルで当該遺伝子の発現リズムがほぼ完全に消失していることが判明した。一方、本マウスの肝臓において種々の時計遺伝子の発現リズムは影響を受けていないことが確かめられた。つまり、エンハンサーのノックアウトという全く新しいアプローチによって、マウス肝臓において単一遺伝子のみのリズムを破たんさせることに成功した。そこで、本シャペロンの標的タンパク質の肝臓における発現リズムの解析を行い、プロテオームレベルでの影響を明らかにした。これらの結果を培養細胞でのノックダウン実験、および本シャペロン自体の遺伝子ノックアウトマウスの解析により検証した。また本マウスの行動リズムの解析を行った。現在、本マウスの肝臓における代謝解析、表現型の解析を進行中である。