転写振動を駆動する時計タンパク質の修飾シグナルとその破綻による行動リズム異常

• Project Area: Regulation of signal transduction by post-translational modifications and its pathogenic dysregulation
• Project/Area Number: 25117707
• 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): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2014: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2013: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: サーカディアンリズム / 生物時計 / 時計タンパク質 / タンパク質リン酸化 / 転写調節

Outline of Annual Research Achievements

近年、概日時計の分子的な振動機構において、時計タンパク質の多彩な翻訳後修飾が極めて重要な役割を果すことが明らかになり、時空間制御された修飾シグナルと転写リズムの連携が注目を浴びている。私共はこれまで、CLOCKをリン酸化するキナーゼCaMKIIに着目し、個体レベルでの実験を展開してきた。CaMKII alphaの活性をKR変異により欠失させたノックインマウスは、恒暗条件において一日の活動時間帯が延長し続け、そのあと活動と睡眠を不規則に繰り返すリズム障害を示すことを見出した。本年度は、単一細胞レベルの発光イメージング装置を用い、時計中枢である視交叉上核（SCN）における時計振動を計測した。その結果、CaMKII alphaの活性低下によって、個々のニューロン間のリズム同調が減弱し、左右の神経核のグローバルな同期も崩れることを見出した。以上の成果をまとめた論文はGenes Dev.誌に掲載された。
さらに本年度は時計シスエレメントD-boxに着目した研究を推進した。D-boxは夕方に転写因子DBPにより活性化され、明け方にE4BP4により抑制される。これまでの研究で、E4bp4の欠損細胞において培地の酸性化に伴う時計位相のシフトが顕著に減弱することを示した。本年度は、人工的なリガンド依存的にE4BP4タンパク質を誘導する実験系を構築し、細胞リズムの位相がE4BP4の一過的な誘導に伴ってシフトすることを明らかにした。さらに、E4BP4の誘導を伴う生理的なリガンド刺激を探索し、炎症性サイトカインTNF-alphaが概日時計の位相調節において重要な役割を担う可能性を見出した。これと並行し、DBPに対する抗体を自作して定量的なChIP条件を確立した。マウス肝臓より様々な時刻にDBPが結合しているゲノム領域を濃縮してChIP-Seq解析を行い、現在、得られた大規模データをバイオインフォマティックスの手法を活用して解析中である。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cell-based inhibitor screening identifies multiple protein kinases important for circadian clock oscillations. (2015)
  • Author(s): Naohiro Kon, Yasunori Sugiyama, Hikari Yoshitane, Isamu Kameshita and Yoshitaka Fukada.
  • Journal Title: Commun. Integr. Biol. Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] カルシウムによる体内時計の調節と神経・認知機能 (2015)
  • Author(s): 金 尚弘、深田吉孝
  • Journal Title: CLINICAL CALCIUM Volume: 25 Pages: 33-40
• [Journal Article] CaMKII is essential for the cellular clock and coupling between morning and evening behavioral rhythms. (2014)
  • Author(s): Kon N, Yoshikawa T, Honma S, Yamagata Y, Yoshitane H, Shimizu K, Sugiyama Y, Hara C, Kameshita I, Honma K, Fukada Y.
  • Journal Title: Genes Dev Volume: 28 Issue: 10 Pages: 1101-1110
  • DOI: 10.1101/gad.237511.114
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In vivo role of phosphorylation of cryptochrome 2 in the mouse circadian clock. (2014)
  • Author(s): Hirano A, Kurabayashi N, Nakagawa T, Shioi G, Todo T, Hirota T, Fukada Y.
  • Journal Title: Mol. Cell. Biol. Volume: 34(24) Issue: 24 Pages: 4464-73
  • DOI: 10.1128/mcb.00711-14
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] リン酸化とユビキチン化によるサーカディアンリズムの制御 (2014)
  • Author(s): 平野有沙、深田吉孝
  • Journal Title: 生化学 Volume: 86 Pages: 528-531
  • NAID: 40020201067
• [Journal Article] 光受容ニューロンの応答性を特徴づけるオプシンキナーゼ活性. (2013)
  • Author(s): 白木 知也、深田 吉孝
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 53 Pages: 145-148
• [Presentation] サーカディアンリズムを制御する時計タンパク室の修飾シグナル. (2014)
  • Author(s): 吉種 光、深田 吉孝
  • Organizer: 平成26年度「新学術領域研究」修飾シグナル病若手ワークショップ
  • Place of Presentation: ホテルあかね（神奈川県足柄下郡湯河原町 ）
  • Year and Date: 2014-10-01
• [Presentation] Roles of CaMKII in the mouse circadian clock (2014)
  • Author(s): Yoshitaka Fukada
  • Organizer: 16th International Congress on Photobiology
  • Place of Presentation: Cordoba（Argentina）
  • Year and Date: 2014-09-10
  • Invited
• [Presentation] 行動の日周リズムを規定する時計タンパク質の修飾クロノコード (2014)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 大阪市立大学 生物分子機能学ゼミナール
  • Place of Presentation: 大阪市立大学大学院理学研究科（大阪府・大阪市)
  • Year and Date: 2014-08-21
  • Invited
• [Presentation] Decoupling of E and M oscillators with dysregulation of Ca2+/calmodulin-dependent protein phosphorylation. (2014)
  • Author(s): Yoshitaka Fukada
  • Organizer: The 30th Anniversary Meeting Sapporo Symposium on Biological Rhythm
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道・札幌市)
  • Year and Date: 2014-07-26
  • Invited
• [Presentation] Salt-inducible kinase 3 regulates circadian period and phase by destabilization of PER2 protein. (2014)
  • Author(s): Naoto Hayasaka, Yuka Miyoshi, Arisa Hirano, Isao T. Tokuda, Yoshitaka Fukada
  • Organizer: SRBR 2014
  • Place of Presentation: Big Sky（USA)
  • Year and Date: 2014-06-17
• [Presentation] CLOCK-controlled polyphonic regulations of circadian rhythms through canonical and non-canonical E-boxes. (2013)
  • Author(s): Hikari Yoshitane,Yoshitaka Fukada
  • Organizer: Gordon Research Seminars
  • Place of Presentation: サルブ レジーナ大学（米国 ロードアイランド州 ニューポート市）
• [Presentation] 視交叉上核におけるタンパク質リン酸化とカルシウムシグナリング.
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 第１回視交叉上核アリーナ
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市北海道）
• [Presentation] Analysis of the circadian phase-shift induced by hyperosmotic stress.
  • Author(s): 今村 聖路, 吉種 光, 深田 吉孝
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
• [Presentation] 多様な時計シスエレメントを介した概日リズムの多重制御.
  • Author(s): 吉種 光、深田 吉孝
  • Organizer: 第20回日本時間生物学術大会
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス(大阪府)
• [Presentation] Photic and non-photic pathways that entrain the chick pineal and mammalian circadian clocks.
  • Author(s): Yoshitaka Fukada
  • Organizer: The 6th Asia and Oceania Conference on Photobiology
  • Place of Presentation: ノボテルシドニーセントラルホテル（シドニー市オーストラリア））
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質CLOCKとBMAL1のリン酸化リズムとその制御.
  • Author(s): 吉種 光、深田 吉孝
  • Organizer: 36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県）
• [Presentation] 体内時計が24時間を刻む仕組みとその光制御
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 名古屋工業大学オプトバイオテクノロジー研究センター設立シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学（愛知県）
  • Invited
• [Presentation] ユビキチン化と脱ユビキチン化による時計タンパク質CRYの安定性制御.
  • Author(s): 中川 智貴、平野 有沙、弓本佳苗、恒松良祐、松本雅記、尾山大明、秦裕子、ランジャコーンシリパン ダーリン、中山敬一、深田 吉孝
  • Organizer: 「修飾シグナル病」第3回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学医科学研究所（東京都）
• [Presentation] マウス体内時計の時刻調節におけるリン酸化シグナルの役割
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所（大阪府）
  • Invited
• [Book] Protein Modifications in Pathogenic Dysregulation of Signaling (2015)
  • Author(s): Hikari Yoshitane and Yoshitaka Fukada
  • Publisher: Springer
• [Remarks] 深田研究室
  • URL: http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/fukada-lab/index-j.html
• [Remarks] 深田研究室
  • URL: http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/fukada-lab/index-j.html