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2023 Fiscal Year Research-status Report

Research on the biological rhythm oscillation by full-spectrum solar LED

Research Project

Project/Area Number 22K18384
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

岡村 均  京都大学, 医学研究科, 研究員 (60158813)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 冨永 恵子  大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (60256196)
郡 宏  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80435974)
角谷 寛  滋賀医科大学, 医学部, 特任教授 (90362516)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Keywords生体リズム / 照明 / 脳機能 / 時差
Outline of Annual Research Achievements

光情報は視神経を介して脳に伝達されるが、受容された光情報のうち、非視覚情報(対光反射、概日リズムなど)は、網膜視床下部路や網膜膝状体路を経て、視交叉上核、膝状体、前被蓋野、中脳上丘に到達する。生体リズムの中枢である視床下部の視交叉上核(SCN)は、直接および間接的に光情報は入力するのである。
本年度は、この光入力の乱れによって起こる障害の一つの「時差ぼけ」に着目して実験した。生体リズム(体内時計)と環境リズム(環境時間)の不整合は、海外旅行時の時差ボケのみならず、フレキシブルな勤労時間の変動が常態となった現代社会では、ふつうにみられる現象である。近年では、週末の睡眠タイミングの後退が原因でも起こる、月曜の体調の悪さも、近年「社会的時差ぼけsocial jetlag」として取り扱われている。このような、ライフスタイルの変動による社会的時差ぼけの常態化が、うつ病などの精神疾患を増大させたり、癌、肥満、高血圧症などの生活習慣病の誘因になるといわれている。そこで、実験動物であるマウスも時差ぼけを起こすのかどうか、まず私たちはそこから検証を始めた。
日周リズムと体内リズムのずれがなぜ起こり、ずれの発生にどのような物質が関わるのか、またなぜ様々な病態を引き起こすのか? 我々は以前、バソプレシンV1a受容体とV1b受容体の両方をノックアウトすると、完全に「時差ぼけ」が消失することを見つけた。今回、さらに詳細に、この「時差ぼけ消失マウス」をさらに探求するため、バソプレシンに関する神経回路を、部位特異的なノックアウトマウスの手法によって検討した。その結果、SCN内のバソプレシンーV1a受容体系だけでなく、SCNの外にある室傍核バソプレシンー下垂体V1b受容体系が、時差の形成に主要な役割をすることが判明した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

不定期に光を浴びることで、生体リズムはリズムの位相を変化させるとともにその振幅を「時差ぼけ」として変動させる。その分子神経機構を解明するため、部位特異的遺伝子改変マウスを用いて検索した。 まず、SCNのバソプレシンーV1a受容体だけを欠損させたマウスでは、時差ぼけは半分に軽減された。ただ、この時は、V1a/V1b受容体ダブル欠損マウスのように、完全に時差ぼけが消失することはない。これは、時差ぼけにSCN以外のバソプレシン神経系が存在することを示唆している。そこで、SCNのバソプレシン細胞とは別の室傍核小細胞バソプレシン・下垂体 V1b 受容体系に着目した。この系をノックアウトしたマウスでは、通常よりも倍の速度で再同調した。つまり、SCN外の室傍核のバソプレシンによって活性化された下垂体の V1b 受容体も、時差ぼけからの回復に関与することがわかった。さらに、SCNのV1a受容体とともに、室傍核・下垂体のV1b受容体をノックアウトすると、ほぼ完全に時差は消失し、時差ぼけを起こさないことがわかった。すなわち、SCNバソプレシン系と下垂体POMCバソプレシン系の両方が別々に時差に関与していたのである。

Strategy for Future Research Activity

視床下部-下垂体-副腎系(hypothalamic-pituitary-adrenal axis:HPA軸)は、視床下部室傍核からのコルチコトロピン放出因子(Corticotropin-Releasing-Factor)およびバソプレシンの放出、下垂体からのPOMC(ACTH)放出、副腎皮質からのコルチゾールなどのステロイド放出を制御する生体の「ストレス応答」の主要な系である。時差ぼけの病態が、生体リズムの中枢であるSCNだけでなく、HPA軸のストレス応答に直接影響するという今回の発見は、リズム異常が睡眠障害、消化管障害などを引き起こす理由を考える上で、非常に興味深い。今後、このマウスの結果が、マーモセットやヒトで起こるかを検証することは、重要な検討課題である。マーモセットやヒトの睡眠の解析は、現在行っているものを、数理解析を含め、さらに延長して解析を進める。各種病態もこれまで以上に、生理学、生化学、数理学を含めた総合的解析に力を入れて、完遂したい。

Causes of Carryover

マーモセットの時差実験が当該年度に終了せず、引き続き次年度に渡って施行する必要が生じたため。時差実験は令和6年4-5月に継続して行い、その解析を6-8月にかけて行う。

  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 2 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] The Inverse Association between the Frequency of Forest Walking (Shinrin-yoku) and the Prevalence of Insomnia Symptoms in the General Japanese Population: A Japan Multi-Institutional Collaborative Cohort Daiko Study.2024

    • Author(s)
      Morita E, Kadotani H, Yamada N, Sasakabe T, Kawai S, Naito M, Tamura T, Wakai K.
    • Journal Title

      Int J Environ Res Public Health.

      Volume: 21 Pages: 350

    • DOI

      10.3390/ijerph21030350.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Weakly nonlinear analysis on synchronization and oscillation quenching of coupled mechanical oscillators.2024

    • Author(s)
      Kato Y, Kori H.
    • Journal Title

      Sci Rep.

      Volume: 14 Pages: 1461

    • DOI

      10.1038/s41598-024-51843-9.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 時差ぼけがストレス神経系を動かすとき2024

    • Author(s)
      岡村均、山口賀章、冨永恵子
    • Journal Title

      科学

      Volume: 94 Pages: 248-253

  • [Journal Article] An intact pituitary vasopressin system is critical for building a robust circadian clock in the suprachiasmatic nucleus.2023

    • Author(s)
      Yamaguchi Y, Maekawa Y, Kabashima K, Mizuno T, Tainaka M, Suzuki T, Dojo K, Tominaga T, Kuroiwa S, Masubuchi S, Doi M, Tominaga K, Kobayashi K, Yamagata S, Itoi K, Abe M, Schwartz WJ, Sakimura K, Okamura H.
    • Journal Title

      Proc Natl Acad Sci U S A.

      Volume: 120 Pages: e2308489120

    • DOI

      10.1073/pnas.2308489120.

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Prolonged light exposure induces circadian impairment in Aquaporin-4-knockout mice.2023

    • Author(s)
      Murakami A, Tsuji K, Isoda M, Matsuo M, Abe Y, Yasui M, Okamura H, Tominaga K.
    • Journal Title

      J Biol Rhythms.

      Volume: 38 Pages: 208-214

    • DOI

      10.1177/07487304221146242.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Iris color and autonomic nerve activity.2023

    • Author(s)
      Kadotani H.
    • Journal Title

      Sleep Biol Rhythms.

      Volume: 22 Pages: 161

    • DOI

      10.1007/s41105-024-00515-2.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effect of nonrestorative sleep on incident hypertension 1-2 years later among middle-aged Hispanics/Latinos.2023

    • Author(s)
      Saitoh K, Yoshiike T, Kaneko Y, Utsumi T, Matsui K, Nagao K, Kawamura A, Otsuki R, Otsuka Y, Aritake-Okada S, Kaneita Y, Kadotani H, Kuriyama K, Suzuki M.
    • Journal Title

      BMC Public Health.

      Volume: 23 Pages: 1456

    • DOI

      10.1186/s12889-023-16368-2.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transdiagnostic association between subjective insomnia and depressive symptoms in major psychiatric disorders.2023

    • Author(s)
      Nakajima S, Kaneko Y, Fujii N, Kizuki J, Saitoh K, Nagao K, Kawamura A, Yoshiike T, Kadotani H, Yamada N, Uchiyama M, Kuriyama K, Suzuki M.
    • Journal Title

      Front Psychiatry.

      Volume: 14 Pages: 1114945

    • DOI

      10.3389/fpsyt.2023.1114945.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synchronization and stability analysis of an exponentially diverging solution in a mathematical model of asymmetrically interacting agents.2023

    • Author(s)
      Kato Y, Kori H.
    • Journal Title

      Chaos.

      Volume: 33 Pages: 073133

    • DOI

      10.1063/5.0151174.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 時計遺伝子と体内時計システム(アトラス)2023

    • Author(s)
      冨永恵子、岡村均
    • Journal Title

      Precision Medicine

      Volume: 6 Pages: 333-336

  • [Journal Article] 時差ぼけはなぜ起こるのか~生物が初めて直面したリズム異常~2023

    • Author(s)
      山口賀章、冨永恵子、岡村均
    • Journal Title

      Precision Medicine

      Volume: 6 Pages: 358-361

  • [Journal Article] 時計遺伝子が拓くprecision medicine2023

    • Author(s)
      岡村 均
    • Journal Title

      Precision Medicine

      Volume: 6 Pages: 340-341

  • [Journal Article] 体内時計と睡眠覚醒2023

    • Author(s)
      角谷寛
    • Journal Title

      Precision Medicine

      Volume: 6 Pages: 342-345

  • [Book] Chronobiology and Chronomedicine2024

    • Author(s)
      Germaine Cornelissen and Tsuyoshi Hirota
    • Total Pages
      668
    • Publisher
      Royal Society of Chemistry
    • ISBN
      978-1-83916-200-8
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 心拍変動解析による自律神経機能評価装置2023

    • Inventor(s)
      藤原幸一 小枝正汰 角谷寛 角幸頼
    • Industrial Property Rights Holder
      藤原幸一 小枝正汰 角谷寛 角幸頼
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-149455

URL: 

Published: 2024-12-25  

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