2013 Fiscal Year Annual Research Report
振動子ネットワークによる概日リズムの定量的数理モデルの構築とその制御への応用
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23560446
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
徳田 功 立命館大学, 理工学部, 教授 (00261389)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本間 さと 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任教授 (20142713)
福田 弘和 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90405358)
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| Keywords | 同期 / サーカディアンリズム / 視交叉上核 / ネットワークダイナミクス |
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| Research Abstract |
約24時間の周期性をもつ概日時計は、バクテリアからヒトまでの幅広い生物に対して高精度の日内リズムを付与している。哺乳類では、視交叉上核(SCN)に時計中枢があり、数万個の神経細胞が集団同期することにより、正確でロバストなリズムを刻むことが知られている。一方、植物の概日リズムは自律分散型で、細胞間結合も比較的弱いとされる。これらの組織がどのような機能に基づいて強靭な時計機能を獲得するのかを探るため、以下の研究を行った。
(1) Cry遺伝子欠損マウス（Cry1-/- Cry2-/-マウス）の行動リズムについては従来より研究が進められ、明暗サイクルには引き込まれるが、恒暗条件では概日リズムが消失することが報告されていた。これに対して、恒明条件で新生児期に飼育を行うと、その後、恒暗条件に暴露しても、概日リズムが見られることを実験により発見した。恒明条件下の飼育では、欠損型でも新生児期にSCNの細胞間結合が発達すると考え、バウト振動体仮説に基づいて、数理モデルを構築したところ、実験で観測された行動リズムを再現できることが示された。
(2) (1)のCry遺伝子欠損マウスのSCNスライス培養データに対して、新生児期からの発達段階で、リズムおよび細胞間同期の様相が変わることを示した前年度の実験結果に対して、数理モデルを構築し、結合の強さおよび結合の位相によって、リズムの強さおよび同期-脱同期の間の遷移が制御されることが分かった。
(3) シロイヌナズナの根においては、時計の全位相がストライプパターン状に現れる性質を利用して、一回の光照射刺激を加えるだけで、位相応答曲線を簡便に求める方法を開発し、数理モデルでその妥当性を検証した。また、シロイヌナズナに波長の異なる光を照射した場合に計測された位相応答曲線をモデル解析することにより、どのような光の組合せで位相の感度を最も上げることができるかを検討した。
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