2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24227001
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深田 吉孝 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80165258)
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| Project Period (FY) |
2012-10-26 – 2017-03-31
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| Keywords | 体内時計 / サーカディアンリズム / シグナル伝達 / 脳・神経 / 光生物 / 長期記憶 / 転写遺伝子 / 遺伝子改変マウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
《1》入力系：多くの脊椎動物は２種類のメラノプシン遺伝子 (Opn4-1とOpn4-2) をもつが、哺乳類はその片方 (Opn4-1) を失っている。ニワトリ由来の２種類のメラノプシンを用いた生化学的実験により、その光シグナリングが互いに異なることを見出した。この違いが細胞や個体の光応答特性に及ぼす影響を調べるため、ニワトリ由来のOpn4-1やOpn4-2 をipRGC特異的に発現誘導するためのマウス系統を作製した。
《2》脳機能：マウス海馬CA1における膜ラフト内 SCOP 量は日周変動するが、ラフト内のK-Ras 量もSCOP 量の変動と並行して増減することを見出した。さらに、SCOP-KOマウスにおいては膜ラフトに含まれるK-Ras 量が大きく減少し、日周変動も消失した。海馬CA1 内のSCOP 量が記憶形成の強さを決定している可能性が示唆された。一方、ニューロステロイドとしての7α-OH-Pregの脳内生合成過程に着目し、7α-OH-Preg合成酵素群が脳内の様々な領域に発現していることを確認した。
《3》分子時計：時計タンパク質CRY2は、Ser557がDYRK1Aによりリン酸化されるとSer553がGSK3βにより二次リン酸化され、プロテアソーム分解へと導かれる。このリン酸化依存的な分解系の生理的意味を理解するためにSer557をAlaに置換したノックインマウスを作製した。その結果、この分解は細胞質においてCRY2の過剰蓄積を抑制するように働き、マウスの行動リズムを強く制御していることを見出した。一方、CLOCKのChIP-Seq解析の結果、RNAのA-to-I編集酵素の一つであるADAR2がCLOCKの標的遺伝子の1つであり、リズミックに転写制御されていることを見出した。さらに、野生型マウスの肝臓で見られたRNA編集の日周変動は時計遺伝子Bmal1の欠損やAdar2遺伝子の欠損により完全に停止することを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
《1》入力系：２種類のメラノプシン重複遺伝子の機能的な違いを世界に先駆けて示すことができた。哺乳類がその一方を失っていることを考え併せて、この機能的な違いにどのような生物学的な意義があるのか、分子進化学的な面からも非常に興味深い成果である。《2》脳機能：海馬ラフトにおけるK-Ras 量の日周変動を示しただけでなく、SCOP 量との相関を明らかにし、SCOP 量の変動から記憶形成の概日変動に到る経路にK-Ras が関わる可能性を示すことができた。また、7α-OH-Preg の合成系酵素の存在を脳内で確認する事により、7α-OH-Preg の脳における重要性が示唆された。《3》分子時計: 我々がこれまでに報告した逐次リン酸化制御されたCRYタンパク質の分解について、ノックインマウス作製によりその生理的意義を個体レベルで示すことができた。Cryの遺伝子レベルの欠損ではなく、アミノ酸レベルでの変異により細胞内シグナルを破綻させた結果、実際に時計振動の撹乱が観察され、当該分野に強いインパクトを与えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
1》入力系：Opn4-1やOpn4-2 をipRGC特異的に発現誘導するマウス系統の生理学的な解析を行い、メラノプシン重複遺伝子の機能的差異の生物学的意義に迫りたい。《2》脳機能：記憶や情動の概日変動の表出に重要な脳部位を絞り込むため、前脳特異的な時計破壊マウスや前脳特異的SCOP ノックアウトマウスを作成し、さらに、アデノ随伴ウイルスを用いた脳内の局所にてSCOPを機能阻害し、記憶・情動を測定する。一方、7α-OH-Preg合成酵素のノックアウトマウスを用い、様々な行動テストをおこない7α-OH-Pregの生理機能を探索する。《3》分子時計：今回、リズミックに転写制御されていることを見出したAdar2を軸に、数多くの時計からのリズム出力系分子に注目し、それぞれの出力リズムが果たす生理的な役割を解明する。また、時計タンパク質とのインタラクトーム解析を展開し、新規時計関連分子を探索する。
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Research Products
(32 results)
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[Journal Article] The circadian clock regulates rhythmic activation of the NRF2/glutathione-mediated antioxidant defense pathway to modulate pulmonary fibrosis.2014
Author(s)
Vanja Pekovic-Vaughan, Julie Gibbs, Hikari Yoshitane, Nan Yang, Dharshika Pathiranage, Baoqiang Guo, Aya Sagami, Keiko Taguchi, David Bechtold, Andrew Loudon, Masayuki Yamamoto, Jefferson Chan, Gijsbertus T.J. van der Horst, Yoshitaka Fukada and Qing-Jun Meng
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Journal Title
Genes Dev.
Volume: 28
Pages: 548-560
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] CLOCK-controlled polyphonic regulations of circadian rhythms through canonical and non-canonical E-boxes.2014
Author(s)
Hikari Yoshitane*, Haruka Ozaki*, Hideki Terajima*, Ngoc-Hien Du, Yutaka Suzuki, Shigeki Shimba, Taihei Fujimori, Shumio Sugano, Toshihisa Takagi, Wataru Iwasaki# and Yoshitaka Fukada# (*equal contribution, #corresponding authors)
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Journal Title
Mol. Cell. Biol.
Volume: 34
Pages: 1776-1787
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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