2020 Fiscal Year Annual Research Report
冬眠動物の概日時計の分子機構：カルシウムを基軸とした低温リズム発振機構の解明
| Project Area | Mammalian hibernation biology ~ survival strategies via hypometabolism and hypothermia |
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| Project/Area Number |
20H05769
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
榎木 亮介 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 准教授 (00528341)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金 尚宏 名古屋大学, 生命農学研究科(WPI), 特任講師 (80822931)
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| Project Period (FY) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| Keywords | 冬眠 / 概日時計 / カルシウム / 視交叉上核 / イメージング / 時計遺伝子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
哺乳類の冬眠の開始/終了や中途覚醒には時刻依存性があることが古くから知られ、概日時計中枢は低温でもリズムを継続すると推察された。 しかしながら、時計遺伝子の転写振動の有無に対しては研究室ごとに見解が分かれており、議論が続いている。従来の解析法では時間点ごとに異なった個体を用いて解析しており、リズム解析の精度を著しく低下させる問題が指摘されている。さらに概日時計は何千もの遺伝子のリズムを生み出していることから、冬眠時の概日時計の挙動を理解する上で「時計機能を評価する本質的なリズム指標は何か?」が長らく議論となっていた。本研究では、冬眠動物における振動メカニズムをカルシウムを基軸に明らかにすることを目指して研究行った。
これまでに、恒温恒湿器内に低温計測顕微鏡システムを設置し、アデノ随伴ウイルスの感染により時計遺伝子レポーターおよび遺伝子コード型Ca2+センサーを視交叉上核に感染発現させ、低温条件で視交叉上核培養スライスのタイムラプス光計測法を行う方法を確立した。その結果、概日時計中枢のユニークな低温応答やリズム特性を見いだしている。さらに冬眠動物の中枢時計の概日リズムを解析するため、動物用低温チャンバーを導入して冬眠動物（ハムスター）の冬眠誘導を可能とした。現在、冬眠動物からの脳深部計測と行動/深部体温計測を試みている。
研究分担者は、休眠導入や各臓器の低温耐性への低温性シグナリングの役割を明らかにすることを目指し研究を行った。概日リズムの温度補償性にはNa/Ca交換輸送体を介するカルシウムシグナルが関与する論文をScience Advancesに発表した。さらに培養細胞レベルで低温性応答のアッセイ系を用い、阻害剤やノックダウンの影響を評価し、冬眠実行の起点となる分子の同定を試みている。
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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
低温下で概日時計中枢の培養スライスのリズムを非常に精度良く長期間光イメージング計測できる実験系を立ち上げた。これまでに低温性応答を計測することに成功し、当初は予期しなかった概日時計発振のメカニズムに迫るデータセットを得ている。冬眠動物からの生体内計測に向けた準備も着々と進行中であり、当初の計画よりも遙かにはやいスピードで研究が進行中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに低温イメージング計測系の立ち上げ、低温応答性リズムの発見、ハムスターの冬眠誘導とin vivo計測の準備など、順調に研究が進んでいる。論文化を目指して、堅実にデータを積み重ねてゆく。
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