体内時計の光位相同調とメラトニン出力系の調節メカニズム

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11233202
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 深田 吉孝 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80165258)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡野 俊行 東京大学, 大学院・理学系研究科, 講師 (40272471)
• Keywords: 松果体 / 概日リズム / E4BP4 / 時計遺伝子 / 転写調節 / MAPキナーゼ / BMAL / リン酸化

Research Abstract

交付申請書に記載の研究目的に従い、ニワトリ松果体を主たる研究対象として概日時計システムに関する研究を遂行し、以下の成果を得た。
(1)概日時計の光位相シフト(前進と後進)に関わる分子実体に迫る目的で、ニワトリ松果体において時刻特異的に光誘導される遺伝子を網羅的に探索した。その結果、位相後退時に特異的に発現誘導されるbZIP型の転写因子cE4BP4を同定した。転写アッセイの結果、cE4BP4は時計遺伝子cPer2の転写を抑制することが判明した。実際、ニワトリ松果体の時計位相が後退する時にはcE4BP4の光誘導と、それに続くcPer2の発現抑制が認められた。以上の結果からcE4BP4は、cPer2の転写を光依存的に抑制して位相後退を誘導する重要因子であると考えられた。(2)ニワトリ松果体に発現する時計遺伝子Cry1・Cry2のcDNAを単離し、培養松果体細胞における両遺伝子のmRNA量を明暗条件および恒暗条件下で調べた。その結果、明暗・恒暗いずれの条件においても両遺伝子のmRNA量には日周変動が観察されたが、両条件下におけるmRNA量が大きく異なり、いずれの遺伝子も明期にmRNA量の顕著な上昇が見られた。このことから、両遺伝子の転写は概日時計のみならず光による制御を受けていると考えられ、光位相シフトにCry1・Cry2遺伝子の光誘導が関与する可能性が示唆された。(3)様々な時計組織においてMAPキナーゼ活性は概日リズムを示すが、本研究において、時計蛋白質BMAL1がMAPキナーゼによってリン酸化されることを見出した。BMAL1分子のリン酸化部位を決定し、そのうちの一カ所のリン酸化に伴って、BMAL1の転写活性化能が低下することを明らかにした。MAPキナーゼ活性の日周変動は、BMAL1のリン酸化を介して概日時計の周期決定に重要な役割を果たすと考えられる。

Research Products

• [Publications] Hirota, T: "Effect of brefeldin A on melatonin secretion of chick pineal cells"J. Biochem.. 129. 51-59 (2001)
• [Publications] Nakamura, A: "Regulatory mechanism for the stability of the meta II intermediate of pinopsin"J. Biochem.. 129. 329-334 (2001)
• [Publications] Okano, T: "Cloning of mouse BMAL2 and its daily expression profile in the suprachiasmatic nucleus : A remarkable acceleration of Bmal2 sequence divergence after Bmal gene duplication"Neurosci. Lett.. 300. 111-114 (2001)
• [Publications] Hayashi, Y: "Circadian and photic regulation of MAP kinase by Ras-and protein phosphatase-dependent pathways in the chick pineal gland"FEBS Lett.. 491. 71-75 (2001)
• [Publications] Okano, T: "Photoreception and circadian clock system of the chicken pineal gland"Microscopy Reseach and Technique. 53. 72-80 (2001)
• [Publications] Yoshikawa, T: "Immunohistochemical localization of opsins and alpha-subunit of transducin in the pineal complex and deep brain of the Japanese grass lizard, Takydromus tachycdromoides"Zool. Sci.. 18. 325-330 (2001)
• [Publications] Doi, M: "Light-induced phase-delay of the chicken pineal circadian clock is associated with the induction of cE4bp4, a potential transcriptional repressor of cPer2 gene"Proc. Nati. Acad. Sci. USA. 98. 8089-8094 (2001)
• [Publications] Okano, T: "Chicken pineal clock genes : Implication of BMAL2 as a bidirectional regulator in circadian clock oscillation"Genes Cells. 6. 825-836 (2001)
• [Publications] Yamamoto, K: "Chicken pineal Cry genes : Light-dependent up-regulation of eCry1 and cCry2 transcripts"Neurosci. Lett.. 313. 13-16 (2001)
• [Publications] Fukada, Y: "Circadian clock system in the pineal gland"Mol. Neurobiol.. 25. 1-12 (2002)
• [Publications] Sanada, K: "Mitogen-activated protein kinase phosphorylates and negatively regulates basic helix-loop-helix-PAS transcription factor BMAL1"J. Biol. Chem.. 277. 267-271 (2002)
• [Publications] 岡野俊行: "鳥類松果体細胞の概日時計システム"細胞工学. 20(6). 837-842 (2001)
• [Publications] 深田吉孝: "脳内光受容と体内時計の時刻調節"現代化学. 370. 24-29 (2002)
• [Publications] 松田孝彦: "タンパク質の脂質修飾.(分担執筆)シリーズ・バイオサイエンスの新世紀』第4巻「糖と脂質の生物学」(川嵜敏祐・井上圭三編)"共立出版. 220(201-213) (2001)
• [Publications] 深田吉孝: "光を感じる脳〜生物時計の目〜.(分担執筆)『生き物はどのように世界を見ているか』(和田勝編)"学会出版センター. 151(101-124) (2001)