2017 Fiscal Year Annual Research Report
Measurement of transcription activity in freely moving mice: Ultradian rhythms and their physiological roles
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15K12763
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
本間 さと 北海道大学, 脳科学研究教育センター, 招へい教員 (20142713)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
織田 善晃 北海道大学, 脳科学研究教育センター, 博士研究員 (20735542) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 生体リズム / 転写調節 / 発光イメージング / インビボ計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自由行動下のマウス脳内時計遺伝子発現を1分毎に連続計測する技術を開発し、入力刺激に応答する遺伝子反応を連続的に計測するとともに、様々な行動出力、体温やホルモンの変化などへの出力を同時計測することで、目的とする遺伝子の個体内機能を連続的かつ総合的に判定することのできるシステムを完成させた。
本システムの特徴を活かし、光刺激に対する行動リズム変位をPer1-lucとBmal1-Elucマウスを用いて検討した。視交叉上核（SCN）より連続的に遺伝子発現を計測しながら、行動リズムに大きな位相後退を生じる位相で光照射を行ったところ、Per1発現は、活動開始位相の変位と一致して速やかに位相後退し、一方、Bmal1-Elucは、活動終了位相の変位と一致して、4～5日の移行期を経て徐々に位相後退することが明らかとなった。この差異をさらに明らかにする目的で、マルチ電極ディッシュ上にSCNスライスを培養し、カルシウムセンサーを導入して、Per1, Bmal1, 細胞内カルシウム、自発発火活動の同時計測を行った。その結果、Per1とBmal1位相は徐々に乖離し、カルシウムと自発発火活動は両者の中間の位相を示すことが明らかとなった。転写調節によるリズム発振分子ループでは、構成するループ間で個々の遺伝子ループが異なる機能を支配すること、これらのループは乖離しうることを示した。
既に、前年度の研究により、自由行動マウスのSCNより時計遺伝子Per1、PER2、Bmal1の発現を連続計測し、約2時間周期のウルトラディアンリズムの存在を明らかにした。そこで、その発振源として傍室傍核領域（SPZ）に注目し、SCN-SPZを含むスライス培養において細胞内カルシウムリズムを計測し、SPZ由来の細胞内カルシウムレベルのウルトラディアン変動が24時間にわたり持続し、組織全体が同期しSCNにも及ぶことを明らかにした。
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