2023 Fiscal Year Research-status Report
特異点応答を用いた概日時計の位相応答メカニズムの解明
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22K15157
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
増田 亘作 筑波大学, 医学医療系, 特別研究員(PD) (70906221)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 概日時計 / 位相応答 / 数理モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度においては、概日リズムの特異点応答（ＳＲ）に基づいて、概日時計のリセット特性の定量化とモデル化を行った。まず、先行研究で計測されたマウスの一細胞レベルの位相応答曲線（ＰＲＣ）の計測データをもとにＳＲパラメータの解析を行った。一連の濃度の刺激に対するＰＲＣからＳＲパラメータを求めたところ、特定の刺激に対するリセット特性が振幅と位相の用量反応曲線のみで表されることがわかった。また、複数の刺激の混合や培養液中の同調因子に対する影響をＳＲパラメータで評価したところ、それらがそれぞれの単一の刺激に対するＳＲパラメータの単純な足し引きで予測できることが分かった。さらに、同様の条件でマウスの培養細胞を用いたＳＲの直接計測を行うことで、ＳＲによるＰＲＣの定量化とこれらのモデルの有効性が異なる細胞株でも再現されることが分かった。加えて、これらの方法を用いて、概日リズムのリセット因子に対する阻害剤の効果も定量化できることが示された。さらに、マウスの肺などの組織培養においてもＳＲによるＰＲＣの定量化が可能であることが示されるとともに、ＳＲパラメータに基づいた様々な条件での位相応答の予測モデルが有効であることが確かめられた。以上の結果から、ＳＲにより位相応答特性を定量化することで、従来のＰＲＣ計測方法で一つのＰＲＣを計測するのと同程度の計測回数であるにもかかわらず、濃度変化や刺激の組み合わせなど、非常に多くの条件のPRCを予測することができることが示された。
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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
今年度の研究成果により、概日リズムが様々な環境においてリズムを同調させるメカニズムに関して基礎的なモデルを構築することができた。一方で、当初の研究の目標であった、刺激による個々の遺伝子の応答が概日リズム全体の位相応答を形成するメカニズムについては、様々な刺激に対してリセットされる位相に一定の関係性は見出されたものの、具体的なモデルの構築までは至らなかった。
以上を総合して、現在までの進捗状況を(2)と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策としては、まず、当初の目的であった刺激による個々の遺伝子の応答が概日リズム全体の位相応答を形成するメカニズムのモデル化を目指す。特にシミュレーションを中心に、個々の遺伝子の応答と最終的なリセット位相との対応関係を明確にする。さらに、これにより得られたモデルと、ここまでに得られた複合的な刺激に対する位相応答モデルを比較し、統合された位相応答モデルの構築を目指す。
また、今回の研究で様々な条件での位相リセットを評価したが、細胞・組織レベルのいずれにおいてもリセットされづらい位相が存在することが分かった。そこで、刺激の組み合わせを用いたリセット位相の制御やリセット因子のスクリーニングなどを通して、生体内の概日リズムのリセットメカニズムの解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
今年度の研究では当初の計画以上に、複合的な刺激が位相応答に統合されるメカニズムの解明について大きな進展があり、これに関する実験や解析に当初の計画よりも時間を割いたため、想定した予算よりも年度内に使用した予算が少なくなった。
使用計画としては、研究の進行に関する時間の配分に変更はあったものの研究全体の計画には変更がないため、当初の計画に沿って予算を使用する。
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