動体追跡技術を用いた新規行動リズム解析および時計遺伝子発現解析法の開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24621001
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 浜田 俊幸 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), その他 (20360208)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 体内時計 / 行動リズム / 光バイオイメージング / ルシフェラーゼ / ルシフェリン / 時計遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

本年度は　昨年度完成させたEM-CCDカメラによる自由行動マウスの生体複数部位からの遺伝子発現追跡定量解析（嗅球、背中皮膚、左耳、右耳、左大脳皮質、右大脳皮質）技術とテレメトリーによる体温リズム、脳波リズム測定を融合させた測定系を完成させた。
生体６部位の長期間の時計遺伝子の測定を行い、全ての組織で時計遺伝子の発現にサーカディアンリズムが観察され、同じ発現周期リズムで発現していた。そこで体内時計フィードバック機構に関わる遺伝子を欠損させたマウスで調べたところ、行動リズム、体温リズムが消失し、測定６部位　全ての部位で時計遺伝子発現リズムが消失していた。さらに睡眠リズムも消失していた。
次に生体内のリズムの統一制御を乱す光パルス実験を行った。明暗飼育後、マウスを恒暗条件下におき５日目に８時間の光刺激を行い、行動リズムの位相を急激に５時間後退させた。マウスの行動リズムの位相は、光刺激後　翌日には　ほぼ位相後退が完了した。この時の上記６部位の遺伝子発現がどのように変化するか調べ、各組織において遺伝子発現リズムの位相後退作用が　それぞれ異なることを発見した。この現象は生体内脱同調であり、時差ボケ症状、糖尿病などの体内時計関連疾患で生じることが報告されている。本研究により、時計遺伝子発現を指標とした生体内脱同調現象が１個レベルで　リアルタイムで観察できるようになった。さらにマウスの嗅球の動きを動体追跡技術で追跡し、３次元空間での動きを１ｍｍ単位で測定することで、マウスの行動を睡眠、飲水活動中、摂食中、行動中の４つに自動的に分類するプログラムを動体追跡プログラムに追加した、生体複数部位の遺伝子発現を追跡定量すると同時にマウスの種々の行動を測定できる実験系が完成した。

Research Products

• [Journal Article] Age-related expression analysis of mouse liver nuclear protein binding to 3'-untranslated region of Period2 gene. (2015)
  • Author(s): 1.Hamada T, Miyakawa K, Kushige H, Shibata S, Kurachi S.
  • Journal Title: J. Physiol. Sci. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: in press
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 新規 4D imaging による自由行動マウスの全身の時計遺伝子発現制御機構の解析 (2015)
  • Author(s): 浜田俊幸, 石川正純, Kenneth Sutherland, 宮本直樹, 白土博樹, 本間さと, 本間研一
  • Organizer: 日本薬学会 第135年会
  • Place of Presentation: 神戸サンボーホール 「兵庫県・神戸市」
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-28
• [Presentation] 体内時計ペースメーカー細胞による脳内および体全体の恒常性維持機構の解明 (2015)
  • Author(s): 浜田俊幸
  • Organizer: 公益財団法人 光科学技術研究振興財団 研究助成金贈呈・研究表彰の式典
  • Place of Presentation: 浜松ホテル クラウンパレス「静岡県・浜松市」
  • Year and Date: 2015-03-03
  • Invited
• [Presentation] 浜田俊幸, 石川正純, Kenneth Sutherland, 宮本直樹, 白土博樹, 本間さと, 本間研一 (2014)
  • Author(s): 浜田俊幸, 石川正純, Kenneth Sutherland, 宮本直樹, 白土博樹, 本間さと, 本間研一
  • Organizer: 第２０回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 九州大学「福岡県・福岡市」
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-10
• [Presentation] In vivo whole body 4D imaging by tracking clock gene expression in multi-regions of freely moving mice (2014)
  • Author(s): Hamada T, Ishikawa M, Sutherland K, Miyamoto N, Shirato H, Honma S, Ken-ichi Honma K.
  • Organizer: In vivo whole body 4D imaging by tracking clock gene expression in multi-regions of freely moving mice
  • Place of Presentation: 北海道大学「北海道・札幌市」
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] In vivo whole body 4D imaging by tracking clock gene expression in multi-regions of freely moving mice (2014)
  • Author(s): Hamada T, Ishikawa M, Sutherland K, Miyamoto N, Shirato H, Honma S, Ken-ichi Honma K.
  • Organizer: The 30th Anniversary Meeting Sapporo Symposium on Biological Rhythm.
  • Place of Presentation: 北海道大学「北海道・札幌市」
  • Year and Date: 2014-07-26 – 2014-07-27