体内時計因子の翻訳後修飾シグナルに基づく行動リズム制御とその異常

• Project Area: Regulation of signal transduction by post-translational modifications and its pathogenic dysregulation
• Project/Area Number: 23117513
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 深田 吉孝 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80165258)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: サーカディアンリズム / 体内時計 / CRY / ユビキチン化 / 分解 / 安定化 / プロテアソーム / E4BP4 / 生物時計 / 時計タンパク質 / タンパク質リン酸化 / 転写調節 / JNK / 光

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、概日時計の中心因子CRYのユビキチン化修飾と分解を担うF-box型E3リガーゼFBXL3と、その相同タンパク質FBXL21に着目した研究を展開した。まず、両遺伝子のKOマウスの行動リズム解析を行ったところ、Fbxl3/Fbxl21ダブルKOマウスではFbxl3-KOマウスで観察された周期長の延長が大きく緩和された上に、行動リズムが消失するという顕著な行動リズム異常を示した。並行して分子レベルの解析を進め、FBXL21がCRYをユビキチン化して安定化することを見出した。さらに、質量分析によりCRY1・2のユビキチン化部位を複数同定し、FBXL21による安定化制御に必須なユビキチン化部位を決定した(本研究領域の計画班員である東大医科研 尾山大明准教授との共同研究)。以上の成果は原著論文として発表した (Cell, 2013)。
また本研究課題の初年度に、E4bp4欠損細胞において培地の酸性化による細胞リズムの位相シフトが観察されないことを見出している。本年度は、培地の酸性化によりE4bp4のmRNAが誘導されることを確認すると共に、E4BP4タンパク質量が上昇すること、その結果としてE4BP4の標的遺伝子Per2の転写レベルが低下することを見出した。さらにE4bp4遺伝子の転写活性化機構を探り、ある転写因子の発現がE4bp4の転写を誘導することを明らかにし、この転写因子の応答にかかわるE4bp4遺伝子の上流配列を絞り込んだ。このようなE4bp4の時計入力経路の解析と並行して、E4BP4からの出力系の理解に向けて解析を展開した。具体的には、野生型マウスおよびE4bp4-KOマウスから一日の様々な時刻に肝臓を単離し、RNAを調製した。これを次世代シーケンサを用いたトランスクリプトーム解析に供し、E4bp4遺伝子の欠損により転写リズムが変化する遺伝子群を網羅的に決定した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] FBXL21 Regulates Oscillation of the Circadian Clock through Ubiquitination and Stabilization of Cryptochromes (2013)
  • Author(s): Arisa Hirano, Kanae Yumimoto, Ryosuke Tsunematsu, Masaki Matsumoto, Masaaki Oyama, Hiroko Kozuka-Hata, Tomoki Nakagawa, Darin Lanjakornsiripan, Keiichi I. Nakayama, and Yoshitaka Fukada
  • Journal Title: Cell Volume: 152 Issue: 5 Pages: 1106-1118
  • DOI: 10.1016/j.cell.2013.01.054
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] JNK regulates the photic response of the mammalian circadian clock (2012)
  • Author(s): Yoshitane, H., Honma, S., Fukada, Y., 他11名、6番目
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: (印刷中) Issue: 5 Pages: 455-461
  • DOI: 10.1038/embor.2012.37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly sensitive detection of protein phosphorylation by using improved Phos-tag Biotin (2012)
  • Author(s): Eiji Kinoshita
  • Journal Title: Proteomics Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] サーカディアンリズムを生み出す時計タンパク質の修飾シグナジング (2012)
  • Author(s): 吉種光
  • Journal Title: 実験医学増刊号『シグナル伝達研究の最前線』 Volume: Vol.30 Pages: 94-98
• [Journal Article] Ectopic expression of the cone-specific G-protein-coupled receptor kinase GRK7 in zebrafish rods leads to decreased photosensitivity and compromised visual performance (2011)
  • Author(s): Fivos, Vogalis, Tomoya Shiraki (equal contribution)
  • Journal Title: J.Physiol.(London) Volume: 589 Pages: 2321-2348
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 概日時計の分子サイクルを支えるリズミックなタンパク質分解 (2011)
  • Author(s): 倉林伸博
  • Journal Title: 実験医学増刊号『細胞内分解系によるリノベーションの分子機構に迫る』 Volume: Vol.19 Pages: 142-151
• [Presentation] CRYタンパク質の安定性制御を介した分子時計の発振維持機構 (2013)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 第90回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都）
  • Year and Date: 2013-03-29
  • Invited
• [Presentation] JNK is a key regulator of circadian clock oscillator. (2013)
  • Author(s): Hikari Yoshitane
  • Organizer: 文部科学省・科学研究費補助金・新学術領域研究 「修飾シグナル病」第1回国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学医科学研究所（東京都）
  • Year and Date: 2013-02-02
• [Presentation] Ubiquitination-mediated degradation and stabilization of CRY1 and CRY2 are critical for mammalian circadian clock. (2013)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 文部科学省・科学研究費補助金・新学術領域研究 「修飾シグナル病」第1回国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学医科学研究所（東京都）
  • Year and Date: 2013-02-01
• [Presentation] リン酸化を起点とした時計タンパク質の分解調節と体内時計の制御 (2012)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 第85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市）
  • Year and Date: 2012-12-16
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質CRYの安定化を担う新規ユビキチンリガーゼの同定 (2012)
  • Author(s): 平野 有沙
  • Organizer: 第85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: マリンメッセ福岡（福岡市）
  • Year and Date: 2012-12-15
• [Presentation] F-boxタンパク質によるユビキチン化を介したCRYタンパク質の安定性制御 (2012)
  • Author(s): 平野 有沙
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市）
  • Year and Date: 2012-12-14
• [Presentation] ストレス応答性キナーゼJNKがマウス概日時計の制御に果たす役割 (2012)
  • Author(s): 今村 聖路
  • Organizer: 第19回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館(札幌市)
  • Year and Date: 2012-09-15
• [Presentation] マウス概日時計における新しい同調機構の解析 (2012)
  • Author(s): 佐上 彩
  • Organizer: 第19回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館(札幌市)
  • Year and Date: 2012-09-15
• [Presentation] 哺乳類の培養細胞を用いた新規位相調節シグナルの探索 (2012)
  • Author(s): 吉種 光
  • Organizer: 第19回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館(札幌市)
  • Year and Date: 2012-09-15
• [Presentation] CRYタンパク質の分解と安定化による概日時計の制御機構 (2012)
  • Author(s): 平野 有沙
  • Organizer: 第19回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館(札幌市)
  • Year and Date: 2012-09-15
• [Presentation] JNK による CLOCK-BMAL1 のリン酸化を介した概日時計の光制御. (2012)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 日本動物学会 第83回大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（豊中市）
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] Circadian clocks and the photic regulation in chick pineal gland and mouse tissues. (2012)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 日本比較生理生化学会第34回大会
  • Place of Presentation: 湘南国際村センター（神奈川県）
  • Year and Date: 2012-07-07
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質の翻訳後の修飾制御と生体リズム (2012)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市）
  • Year and Date: 2012-06-21
  • Invited
• [Presentation] サーカディアンリズムと光 (2012)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 第１回ブルーライト研究会
  • Place of Presentation: 大手町ファーストスクエアカンファレンス(東京都)
  • Year and Date: 2012-05-26
  • Invited
• [Presentation] c-Jun N-Terminal Kinase Regulates the Photic Response of the Mammalian Circadian Clock. (2012)
  • Author(s): Hikari Yoshitane
  • Organizer: SRBR 2012 Meeting
  • Place of Presentation: 米国フロリダ州デスティン
  • Year and Date: 2012-05-20
• [Presentation] Phosphorylation-Dependent Degradation of CRY2 Regulates Relevant Clock Gene Expression and Generates Normal Oscillation of the Circadian Clock. (2012)
  • Author(s): Arisa Hirano
  • Organizer: SRBR 2012 Meeting
  • Place of Presentation: 米国フロリダ州デスティン
  • Year and Date: 2012-05-20
• [Presentation] Physiological role of Ser557 phosphorylation of CRY2 in mammalian circadian clock (2012)
  • Author(s): 平野有沙
  • Organizer: 国際シンポジウム「行動神経科学の最前線～睡眠の謎に挑む」
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-20
• [Presentation] c-Jun N-terminal kinase regulates the photic response of the mammalian circadian clock (2012)
  • Author(s): Hikari Yoshitane
  • Organizer: 国際シンポジウム「行動神経科学の最前線～睡眠の謎に挑む」
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-20
• [Presentation] JNK phosphorylates BMAL1-CLOCK complex and controls oscillation speed and photic regulation of the circadian clock (2012)
  • Author(s): Hikari Yoshitane
  • Organizer: Kyoto University and The University of Tokyo Global COE Joint Symposium
  • Place of Presentation: 東京大学小柴ホール(東京都)
  • Year and Date: 2012-01-20
• [Presentation] JNKによるBMAL1のリン酸化を介した概日時計発振速度の調節 (2011)
  • Author(s): 今村聖路
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] Phosphorylation of CLOCK correlates with CLOCK-containing complex formation in mice (2011)
  • Author(s): 広瀬健太郎
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] マウス脳においてタンパク質レベルと細胞内局在が日内変動するプロテインキナーゼの探索 (2011)
  • Author(s): 杉山康憲
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] 時計タンパク質CRY2のリン酸化依存的分解の生理的役割と制御機構 (2011)
  • Author(s): 平野有沙
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] CRY2分解制御部位の変異マウスを用いた概日時計の分子解析 (2011)
  • Author(s): 平野有沙
  • Organizer: 第18回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] マウス全脳の様々な細胞内画分において発現量が日内変動するプロテインキナーゼの探索 (2011)
  • Author(s): 杉山康憲
  • Organizer: 第18回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] JNKはマウス概日時計システムの振動周期と光入力を制御する (2011)
  • Author(s): 吉種光
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府)
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] Psttranslational light activation of sterol regulatory element-binding rotein is important for phase-delay of the chick pineal clock (2011)
  • Author(s): Yoshitaka Fukada
  • Organizer: XII Congress of the EBRS
  • Place of Presentation: オクスフォード大学(イギリス)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-26
• [Presentation] A large difference in activity between Rod GRK1 and Cone GRK7 contributes to photoresponse properties of Zebrafish Visual Cells (2011)
  • Author(s): Tomoya Shiraki
  • Organizer: 第5回アジア・オセアニア光生物学会議
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良県)
  • Year and Date: 2011-08-01
• [Presentation] 光受容体キナーゼGRK1とGRK7:ゼブラフィッシュ視細胞の光応答特性の制御 (2011)
  • Author(s): 白木知也
  • Organizer: 第11回生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス(東京都)
  • Year and Date: 2011-06-04
• [Presentation] Phosphoryla-dependant degradation of CRY2 regulates clock gene expression and circadian period (2011)
  • Author(s): Arisa Hirano
  • Organizer: III World Congress of Chronobiology
  • Place of Presentation: プエブラ市(メキシコ)
  • Year and Date: 2011-05-08
• [Presentation] JNK Phosphorylates BMAL1-clock complex and controls oscillation speed and photic regulation of the circadian clock (2011)
  • Author(s): Yoshitaka Fukada
  • Organizer: III World Congress of Chronobiology
  • Place of Presentation: プエブラ市(メキシコ)
  • Year and Date: 2011-05-08
• [Presentation] c-Jun N-terminal kinase phosphorylates BMAL1-CLOCK complex and controls oscillation speed and photic regulation of the circadian clock (2011)
  • Author(s): Hikari Yoshitane
  • Organizer: Gordon Research_Conferences 2011 Chronobiology
  • Place of Presentation: ルッカ市(イタリア)
• [Presentation] CLOCKのDNA結合リズムとその結合部位の探索 (2011)
  • Author(s): 吉種光
  • Organizer: 第18回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(愛知県)
• [Book] The Enzymes Vol.29 (Protein Prenylation Part A) Farnesylation versus geranylgeranylation in G-protein-mediated light signaling (2011)
  • Author(s): Hidetoshi Kassai
  • Publisher: Elsevier
• [Remarks] 研究ハイライト
  • URL: http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/fukada-lab/research-highlights-j.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/fukada-lab