The role of cell-autonomous circadian oscillation of clock gene transcription in circadian rhythm generation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06769
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44050:Animal physiological chemistry, physiology and behavioral biology-related
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: Akashi Makoto 山口大学, 時間学研究所, 教授 (30398119)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 概日時計 / 概日リズム / 時計遺伝子

Outline of Final Research Achievements

The current model for the mammalian circadian clock describes cell-autonomous and negative feedback-driven circadian oscillation of Cry and Per transcription as the core circadian rhythm generator. However, the actual contribution of this oscillation to circadian rhythm generation remains undefined. Here, we perform targeted disruption of cis-elements indispensable for cell-autonomous Cry transcriptional oscillation. Mice lacking overt cell-autonomous Cry transcriptional oscillation show robust circadian rhythms in locomotor activity. In addition, tissue-autonomous circadian rhythms are robust without overt Cry transcriptional oscillation. Unexpectedly, while the absence of overt Cry oscillation leads to severe attenuation of Per oscillation at the cell-autonomous level, circadian rhythms in Per2 protein accumulation remain robust. As a mechanism to explain this, Per2 protein half-life shows cell-autonomous circadian rhythms independently of Cry and Per transcriptional oscillation.

Free Research Field

環境生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

CryやPer遺伝子の転写リズムは概日リズム発現に必須か、という概日時計分子モデルにおける根本的な問いを解決する研究報告は存在していなかった。したがって、今回の研究成果は哺乳類の概日時計分子メカニズムの理解に大きく貢献するものである。想定通り、この転写リズムの停止によって概日リズムが明確に失われた場合、従来の概日時計分子モデルの信頼性は強く支持される。しかし、今回の結果では、これらの転写リズムの停止によって細胞や個体の概日リズムが失われなかったため、従来の分子モデルは不完全なものであることが強く示唆された。したがって、概日時計分子メカニズム研究において、重要な方向転換をもたらす成果だと言える。