2018 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular dissection of robust and flexible circadian clock and its control animal physiology
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17H06096
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深田 吉孝 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (80165258)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
饗場 篤 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (20271116)
高尾 敏文 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (10197048)
小島 大輔 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 講師 (60376530)
清水 貴美子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50451828)
吉種 光 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70569920)
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| Project Period (FY) |
2017-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | サーカディアンリズム / 転写後・翻訳後修飾 / 位相制御 / 高次脳機能 / 老化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウス行動リズムの光同調を担う網膜神経節細胞ipRGCにおいて、光受容体メラノプシンOPN4が新奇シグナル経路を光活性化するか否かを検証するため、この経路の二次メッセンジャーを検出するレポーター遺伝子をマウスゲノムRosa26遺伝子座に組み込み、この遺伝子をCre依存的に発現誘導するための系統を樹立した。また、行動リズムの光同調を担う鍵分子の同定を目指し、カリフォルニアマウスCM558変異体を米国テキサス大学より入手し、この変異体が明暗サイクルには同調しないことを確認した。時計振動を担う転写制御については、変異導入により特定の時計遺伝子のmRNA量を一日を通して一定に維持することに成功した。さらに、時計タンパク質の修飾状態の組み合わせで時が刻まれるという新しい概念「クロノコード」の理解を目指して、質量分析装置による網羅的なプロテオーム解析とリン酸化プロテオーム解析を定量的に行う実験条件を確立した。一方、体内時計と個体老化の相互作用研究に着手した。18ヶ月齢と24ヶ月齢のマウスから一日の時刻6点で数多くの臓器・組織を単離した。今後、RNA-Seq解析やプロテオーム解析を行い、加齢に伴う時計出力の異常を探る。また、老化による記憶力低下に関わると予想されるニューロステロイド7α-OH-Pregnenolone（あるいは7α-OH-Dehydroepiandrosterone）の産生酵素CYP7B1のノックアウトマウスは空間記憶の長期保持能力が著しく低下していることを見出した。また、視床下部の時計中枢SCNや時計の光入力に重要な網膜の発生を制御する分子としてホメオボックス型転写因子Six3/6/7ファミリーに注目した研究を行い、Six6とSix7が網膜の青色および緑色の光受容細胞の発生分化と遺伝子発現に必須であることを見出した (PNAS 2019)。
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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
「研究実績の概要」に記載したように、計画全般において順調に進展している。これに加えて、当初の予想を超える研究成果を挙げることができた。例えば、2017年に体内時計の制御下にあることを私共が報告したRNAのA-to-I編集酵素ADAR2 [Terajima et al., Nat.Genet., 2017] が、SCNへの光入力シグナリングにおいても重要な役割を果たすことを示した。具体的には、明暗サイクルを急にシフトした（海外旅行を模倣した）ジェットラグ実験において、明暗サイクルの急激なシフトに同調するまでの日数がAdar2 KOマウスにおいて有意に短くなることを見出し、SCNの中枢時計の光入力系にRNA編集酵素ADAR2が重要な役割を果たすことを示した [Terajima et al., Sci.Rep., 2018]。
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| Strategy for Future Research Activity |
ipRGCにおいてOPN4が新奇シグナル経路を活性化するか否かを検証するため、本年度に樹立したレポーターマウス系統を用いて網膜のex vivo光刺激実験を引き続き行う。さらに、この二次メッセンジャーのipRGCにおける濃度変化を生化学的に検出する実験系を構築し、上記の作業仮説を検証する。また、行動リズムの光同調を担う鍵分子の同定を目指し、カリフォルニアマウスCM558変異体の責任遺伝子の探索を開始する。変異型および野生型の個体を充分に繁殖させた後、SCNを含む脳領域に発現している遺伝子の発現レベルと配列を網羅的に比較解析する。
これに対し、時計振動体の分子機構へのアプローチとしては、前年度から引き続き各種時計タンパク質の相互作用や翻訳後修飾の状態を培養細胞において解析し、時計タンパク質の相互作用や修飾状態の組み合わせから一日の時が刻まれるクロノコードの理解を目指す。さらに本年度から、クロノコード修飾酵素が概日時計の三つの特徴、つまり、自律振動・同調・温度補償をいかに支えているか、その仕組みを探る。さらに、体内時計と個体老化の相互作用研究としてこれまで、18ヶ月齢と24ヶ月齢のマウスから、4時間間隔で一日の６つの時刻で数多くの臓器・組織を単離した。今後、RNA-Seq解析やプロテオーム解析を大規模に展開し、加齢に伴う時計出力の異常を分子レベルで明らかにする。
一方、個体老化による概日時計とそのアウトプットへの影響として、加齢に伴う高次脳機能および時計分子への影響を明らかにする。高次脳機能の中でも特に海馬依存性の空間記憶に焦点を絞り、私共が従来から注目している新たなニューロステロイドの生理機能を明らかにする。
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[Book] 動物学の百科事典2018
Author(s)
公益社団法人日本動物学会（小島大輔、深田吉孝）
Total Pages
800（pp 408-409）
Publisher
丸善出版
ISBN
978-4-621-30309-2
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