2014 Fiscal Year Annual Research Report
生体リズムの少数性生物学－生命システムにおけるターンオーバー制御と分子少数性－
| Project Area | Spying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes- |
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| Project/Area Number |
23115006
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上田 泰己 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20373277)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大出 晃士 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40612122)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 概日時計 / 質量分析 / 絶対定量 / ターンオーバーレート / 分子少数性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、比較的低コピー数で機能していると考えられている哺乳類概日時計振動体を構成する転写因子について、その分子少数性を評価し、さらにそれらのターンオーバーレートが概日周期長に与える影響について分子・細胞・個体の各階層で調べることを目指している。
昨年までに、いくつかの主要な概日時計因子について、質量分析を用いてその発現変動を絶対定量することに成功していた。本年度は、さらにこの系を用いて、哺乳類概日振動体を構成すると考えれれている主要な転写制御因子すべてを絶対定量することに成功した。これにより、低コピー数の因子によって担われていると考えられていた概日時計が実際に、１細胞あたり1000 ~ 10000分子程度の発現量で日内変動する因子郡によって駆動されていることを示すことができた。
また、細胞レベルの実験からCry1については複数の変異体を作成し、概日時計周期長とターンオーバーレートの関係を定量している。昨年度までに、Cry1-/-; Cry2 -/- ノックアウトマウスに対してCry1をノックインすることによってCry1の機能を個体レベルでレスキューする系を開発している。本年度は、この系を用いて、複数のCry1変異体を個体レベルでレスキューし、細胞で観察されていた概日時計周期長への影響が、マウスでも保存されることを明らかにした。
この中で、Cry1と、Cry1のターンオーバーレートを制御する特定の因子の相互作用が、個体レベルでの安定した概日周期長の維持に必要であることが示唆される結果を得ている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度成功した、主要な概日時計因子の発現量絶対定量技術を順調に拡大し、概日時計振動体を構成すると考えられている全てのクラスの転写制御因子について適用し、実際に絶対定量に成功した。したがって、哺乳類概日時計制御の分子少数性の全貌をついに具体的な分子コピー数として明らかにすることができた。これは、本研究の大きな目標の一つである。
また、標題に掲げたターンオーバーレートと周期長制御の関係については、実際にターンオーバーレートの変化したCry1変異体マウスを作出することによって、個体レベルでの仮説検証に着手することができた。これによって、細胞レベルで観察された現象が個体レベルの行動周期制御にも当てはまることが示された。さらに重要な事として、いくつかの変異体については、細胞レベルの実験では見えなかった特性が個体レベルでの行動解析によって示されており、概日時計タンパク質のターンオーバーレート制御の意義について、より深い理解を得つつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である次年度は、概日時計タンパク質の絶対定量、ターンオーバーレートと周期長制御の関連の双方の観点について、現在観察されていることのより深い理解を目指す。具体的には、まず、主要概日時計タンパク質全ての絶対定量については、現在観察されている動的変動が、実際に機能的な概日時計に起因するものであることを示すために、概日時計ノックアウトマウスを用いて同様の測定を行う。また、絶対定量の感度・正確性を検証するために、限られたサンプリングポイントにおける定量値から、概日時計位相を予測することが可能であることを示す。
ターンオーバーレートと概日周期長の関係については、特に個体レベルでの行動リズムが細胞レベルでの遺伝子発現振動の振る舞いと一致しない変異について、その原因を追求する。現在、ターンオーバーレートを変化させる因子とCry1との相互作用に着目して、解析を行っている。
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Research Products
(19 results)
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[Journal Article] Whole-Brain Imaging with Single-Cell Resolution Using Chemical Cocktails and Computational Analysis2014
Author(s)
Etsuo A. Susaki, Kazuki Tainaka, Dimitri Perrin, Fumiaki Kishino, Takehiro Tawara, Tomonobu M. Watanabe, Chihiro Yokoyama, Hirotaka Onoe, Megumi Eguchi, Shun Yamaguchi, Takaya Abe, Hiroshi Kiyonari, Yoshihiro Shimizu, Atsushi Miyawaki, Hideo Yokota and Hiroki R. Ueda
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Journal Title
Cell
Volume: 157
Pages: 726-739
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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