革新的な機能調節化合物の創製による概日時計システムの統合的な理解と制御
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21H04766
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
廣田 毅 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (50372412)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥42,510,000 (Direct Cost: ¥32,700,000、Indirect Cost: ¥9,810,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000)
Fiscal Year 2021: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
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| Keywords | 概日時計 / ケミカルバイオロジー / 時計タンパク質 / 化合物 / 構造解析 |
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| Outline of Research at the Start |
睡眠・覚醒など様々な生理機能の日内リズムを支配する概日時計について、私たちが世界に先駆けて発見した独自の時計調節化合物を用い、新たな時計タンパク質の発見や概日リズムの自在な制御を可能にする新技術を開発する。これらの革新的な技術を用いて、分子メカニズム解析から組織・個体における機能制御を統合的に行い、従来の分子遺伝学研究を超えて概日時計システムの作動原理を徹底解剖する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
概日時計は多様な生理機能の日内リズムを支配し、その攪乱は睡眠障害などの現代疾患に関連する。本研究は概日時計の分子解析から、生物がどのように時間を計るのかという本質的な謎を解明し、概日リズムの変調と諸疾患を時間の観点から理解することを目指す。この重要課題に対して、時計機能の操作技術の開発が突破口を開くと考え、ケミカルバイオロジーを応用した研究を行う。申請者が世界に先駆けて発見した独自の時計調節化合物を用い、新たな時計タンパク質の発見や、概日リズムの時空間制御を可能にする新技術を開発する。これらの革新的な技術を用いて、結晶構造解析による分子メカニズム解析から組織・個体における機能制御を統合的に行い、従来の分子遺伝学研究を超えて概日時計システムの作動原理を徹底解剖する。本年度はCRY1とCRY2の両方に作用する化合物KL001の誘導体として開発されたSHP656の機能解析を行い、予想外にもこの化合物がCRY2に選択性を示すことを見出した。CRY2とSHP656の複合体の構造と機能の解析から、ゲートキーパーと名付けたトリプトファンの向きがSHP656のアイソフォーム選択性にも重要な役割を果たすことが判明した。さらに、概日リズムの周期を変化させる化合物の解析から新規化合物TH401を発見し、CRY1とCRY2の両者に作用することを明らかにした。CRY1とTH401の複合体においては、ゲートキーパーがCRY1-PER2複合体の場合と同様の向きに変化することを見出した。以上の研究からCRYの機能制御の理解を深めることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
下記のように研究3において当初の計画以上に研究が進展した。
KL001の誘導体であるSHP656は糖尿病マウスの血糖値を低下させるだけでなく、致死性の脳腫瘍を引き起こすグリオブラストーマ幹細胞の増殖を抑制することが示されている。しかし、これらの作用がCRY1とCRY2のどのアイソフォームを介しているのかは不明であった。本研究においてSHP656の作用メカニズムを解明するためにCRY1とCRY2のそれぞれに対する影響を解析したところ、意外にもSHP656はCRY2に選択性を示すことを見出した。さらに、結晶構造解析からSHP656がCRY2の内向きのゲートキーパーとの間に相互作用を形成していることを明らかにした。ゲートキーパーの向きを変化させるCRY2変異体ではSHP656の作用が大幅に低下し、この部位が選択性に重要な役割を果たすことが判明した。その上、CRY2-SHP656の結晶構造に基づいて、より活性の高い誘導体であるSHP1703を見出すことに成功し、当初の計画以上の成果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究1-3において、計画通りに研究を推進する。研究1では新規の概日時計調節化合物について作用機序の解析を進める。アフィニティープローブの開発と解析を進めると共に、時計タンパク質と化合物の相互作用を熱安定性の変化によって検出する系を用いた解析を進める。研究2では光スイッチ化合物と一細胞レベルのイメージングシステムを用いた概日リズムの空間的な制御に向けた検討を進める。研究3ではCRY1とCRY2のアイソフォーム選択性に注目した機能解析を進める。In vivo実験に用いるCRY1とCRY2のそれぞれに選択的な誘導体の開発を進め、マウス個体に投与して睡眠・覚醒の行動リズムに与える影響を解析する。アイソフォーム選択性を明らかにするために、Cry1ノックアウトマウスおよびCry2ノックアウトマウスを用いた解析も行う。さらに、これらの化合物を肥満モデルマウスに投与し、血糖値や各組織の形態・遺伝子発現などに与える影響を解析する。
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Report
(3 results)
Research Products
(27 results)
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[Journal Article] Modulation of circadian clock by crude drug extracts used in Japanese Kampo medicine2021
Author(s)
Zhang M, Kobayashi K, Atsumi H, Katada Y, Nakane Y, Chen J, Nagano R, Kadofusa N, Nishiwaki-Ohkawa T, Kon N, Hirota T, Sato A, Makino T, Yoshimura T
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 11
Issue: 1
Pages: 21038-21038
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Book] Circadian Clocks2022
Author(s)
Hirota, T., Hatori, M., and Panda, S
Total Pages
429
Publisher
Springer Nature
ISBN
9781071625767
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