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2016 Fiscal Year Annual Research Report

哺乳類概日振動体の構成的な理解

Research Project

Project/Area Number 25221004
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

上田 泰己  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (20373277)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 洲崎 悦生  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (10444803)
大出 晃士  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (40612122)
田井中 一貴  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (80506113)
Project Period (FY) 2013-05-31 – 2018-03-31
Keywords概日振動 / リン酸化 / 温度補償性 / 自律発振機構 / 変異マウス作製
Outline of Annual Research Achievements

昨年までの研究からリン酸化酵素CKIδ/εの基質リン酸化速度が試験管内での酵素-基質アッセイでは、温度に依存しないことを説明するモデルとして、温度依存的にリン酸化産物と酵素の結合が安定化し反応律速段階となることを提唱し、さらにその結合を担う残基候補として細胞を用いたスクリーニング系からCKIδ の責任アミノ酸残基を同定した。本年度は、この残基の変異導入によって、実際にリン酸化産物との親和性が低下するのみならず、この変異導入によって、試験管内でのリン酸化速度についての温度非依存性が崩れることを確認した。これらのことから、試験管内では提唱した温度補償性のモデルが現象をよく説明することが裏付けられ、さらに特定のアミノ酸残基によって、リン酸化基質と酵素の結合が調整されうることが示唆された。
また、分子レベルの知見から得られた概日周期調節に重要な役割を果たす因子の個体レベルでの行動周期調節に果たす役割を検証するために、高効率に変異概日時計遺伝子をノックインし、速やかに行動周期を測定する実験スキームを確立した。続いて、試験管内でのリン酸化温度補償性の崩れが、生体内での概日時計周期長制御に与える影響を調べるために、上述した責任アミノ酸残基に変異を導入したCKIδ をノックインしたマウス系統を作出した。これまでに行ってきた行動周期長観測に加えて、このマウスから脳組織レベルで概日周期長を測定するための長期培養系をセットアップした。これにより、単純な行動周期長のみならず、培養温度を変化させた際の組織レベルでの概日周期長変化を正確に測定できるようになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

分子レベルでのリン酸化反応温度補償性について、これまでの研究で提示した動作モデルを裏付ける結果を得ていること、さらに、組織・個体レベルでの機能解析へ向けた変異マウスの作出、およびそのマウスに由来する組織レベルでの定量解析系のセットアップが計画通り進んでいることを鑑みて、予定通りの進行と評価できる。

Strategy for Future Research Activity

計画最終年度であるため、これまでの結果から得られたCKIδ/εによる温度非依存性のリン酸化速度を達成するモデルの構成的な証明および、個体内での概日周期長制御におけるその意義の解明に注力する。生化学的には、CKI以外のリン酸化酵素に対して、リン酸化産物に結合する性質を付与することで、温度非依存的なリン酸化速度が再現されるかどうかを調べることで、提唱する作動モデルの構成的な検証を行う。個体レベルでの表現型解析としては、本年度作出したK224変異CKIδノックインマウスを用いて、個体行動の周期性に与える影響を引き続き解析するとともに、および、それを担う中心的な組織である脳内の視交叉上核の概日周期性に与える影響を、特に培養温度条件変化に対して測定する。

  • Research Products

    (35 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Acknowledgement Compliant: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 21 results)

  • [Int'l Joint Research] Queensland University of Technology(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      Queensland University of Technology
  • [Journal Article] Knockout-Rescue Embryonic Stem Cell-Derived Mouse Reveals Circadian-Period Control by Quality and Quantity of CRY1.2017

    • Author(s)
      Ode KL, Ukai H, Susaki EA, Narumi R, Matsumoto K, Hara J, Koide N, Abe T, Kanemaki MT, Kiyonari H, Ueda HR.
    • Journal Title

      Mol. Cell

      Volume: 65 Pages: 176-190

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2016.11.022

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A Design Principle for an Autonomous Post-translational Pattern Formation.2017

    • Author(s)
      Sugai S, Ode KL, Ueda HR.
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2017.03.081

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Ca2+-dependent hyperpolarization hypothesis for mammalian sleep.2017

    • Author(s)
      Tatsuki F, Ode KL, Ueda HR.
    • Journal Title

      Neurosci. Res.

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1016/j.neures.2017.03.012

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Mathematical Modeling of neuronal membrane potential in sleep.2017

    • Author(s)
      Yoshida K, Ode KL, Ueda HR.
    • Journal Title

      実験医学

      Volume: 35 Pages: 879-882

  • [Journal Article] Molecular Mechanisms of Circadian Rhythm and Sleep Homeostasis.2017

    • Author(s)
      Kon K, Ode KL, Ueda HR.
    • Journal Title

      Brain Nerve

      Volume: 69 Pages: 257-264

    • DOI

      10.11477/mf.1416200735

  • [Journal Article] Involvement of Ca(2+)-Dependent Hyperpolarization in Sleep Duration in Mammals.2016

    • Author(s)
      Tatsuki F, Sunagawa GA, Shi S, Susaki EA, Yukinaga H, Perrin D, Sumiyama K, Ukai-Tadenuma M, Fujishima H, Ohno R, Tone D, Ode KL, Matsumoto K, Ueda HR.
    • Journal Title

      Neuron

      Volume: 90 Pages: 70-85

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2016.02.032

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Mass spectrometry-based absolute quantification reveals rhythmic variation of mouse circadian clock proteins.2016

    • Author(s)
      Narumi R, Shimizu Y, Ukai-Tadenuma M, Ode KL, Kanda GN, Shinohara Y, Sato A, Matsumoto K, Ueda HR.
    • Journal Title

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      Volume: 133 Pages: 3461-3467

    • DOI

      10.1073/pnas.1603799113

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Chemical Principles in Tissue Clearing and Staining Protocols for Whole-Body Cell Profiling.2016

    • Author(s)
      Tainaka K, Kuno A, Kubota SI, Murakami T, Ueda HR.
    • Journal Title

      Annu. Rev. Cell Dev. Biol.

      Volume: 32 Pages: 713-741

    • DOI

      10.1146/annurev-cellbio-111315-125001

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 生体透明化イメージングの現状と展望2016

    • Author(s)
      勝俣 敬寛, 洲崎 悦生, 上田 泰己
    • Journal Title

      内分泌・糖尿病・代謝内科

      Volume: 42 Pages: 362-368

  • [Journal Article] 【一細胞遺伝子解析】 三次元組織における網羅的な一細胞解析のためのオミクス的アプローチ2016

    • Author(s)
      茂田 大地, 金子 みずほ, 洲崎 悦生, 上田 泰己
    • Journal Title

      医学のあゆみ

      Volume: 258 Pages: 311-316

  • [Journal Article] 概日時計と睡眠をコントロールする遺伝子ネットワーク2016

    • Author(s)
      史簫逸, 大出晃士, 上田泰己
    • Journal Title

      Animus

      Volume: 88 Pages: 11-17

  • [Journal Article] Regulatory mechanism of sleep duration by membrane potential of neurons in mammals2016

    • Author(s)
      Kuwajima K, Ode KL, Ueda HR.
    • Journal Title

      生体の科学

      Volume: 67 Pages: 541-545

  • [Presentation] Technologies toward organism-level systems biology: CUBIC-based cell-omics analysis and next-generation mouse genetics.2017

    • Author(s)
      洲崎悦生
    • Organizer
      Max Planck Florida Institute Seminar
    • Place of Presentation
      Florida(USA)
    • Year and Date
      2017-02-15 – 2017-02-15
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Comprehensive cell and cell circuit analysis of whole organ/body toward the organism-level systems biology2017

    • Author(s)
      洲崎悦生
    • Organizer
      SUNPOSIUM
    • Place of Presentation
      Florida(USA)
    • Year and Date
      2017-02-13 – 2017-02-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 全身全細胞解析技術による個体レベルのシステム生物学の進展2016

    • Author(s)
      洲崎悦生
    • Organizer
      名古屋大学グリーン自然科学国際教育研究プログラム IGERセミナー・名古屋大学先端ナノバイオデバイス研究センター 特別セミナー
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-12-16 – 2016-12-16
    • Invited
  • [Presentation] 個体レベルのシステム生物学に向けて~全脳・全身透明化による全細胞解析の実現~2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-11-30 – 2016-12-02
    • Invited
  • [Presentation] Toward Organism-level Systems Biology in Mammals~Whole-body and whole-organ clearing and imaging with single-cell resolution~2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25 – 2016-11-27
    • Invited
  • [Presentation] Multiple phosphorylation at flexible loops of cryptochrome additively modulates the period of mammalian circadian clock2016

    • Author(s)
      大出晃士
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25 – 2016-11-27
    • Invited
  • [Presentation] Toward Organism-level Systems Biology in Mammals~Whole-body and whole-organ clearing and imaging with single-cell resolution~2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      第13回自治医科大学国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      自治医科大学(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2016-11-15 – 2016-11-15
    • Invited
  • [Presentation] 交配を必要としない哺乳類遺伝学の確立~個体レベルのシステム生物学の実現に向けて~2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      BioJapan2016
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-10-12 – 2016-10-14
    • Invited
  • [Presentation] 非専門家のためのプロテオミクス活用作戦2016

    • Author(s)
      大出晃士
    • Organizer
      第89回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-09-25 – 2016-09-27
    • Invited
  • [Presentation] 全身全細胞解析技術による個体レベルのシステム生物学の進展2016

    • Author(s)
      洲崎悦生
    • Organizer
      第4回細胞凝集研究会2016
    • Place of Presentation
      札幌全日空ホテル(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-09-09 – 2016-09-09
    • Invited
  • [Presentation] 全身全細胞解析技術による個体レベルのシステム生物学の進展2016

    • Author(s)
      洲崎悦生
    • Organizer
      JASIS2016
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
    • Invited
  • [Presentation] Toward Organism-level Systems Biology in Mammals~Whole-body and whole-organ clearing and imaging with single-cell resolution~2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      LSFM2016
    • Place of Presentation
      Sheffield(UK)
    • Year and Date
      2016-08-31 – 2016-09-03
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 全身全細胞解析技術による個体レベルのシステム生物学の進展2016

    • Author(s)
      洲崎悦生
    • Organizer
      京都バイオ計測センターシンポジウム
    • Place of Presentation
      京都リサーチパーク(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-08-02 – 2016-08-02
    • Invited
  • [Presentation] Whole-body and Whole-organ Clearing and Imaging with Single-cell Resolution toward Organism-level Systems Biology in Mammals2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      第39回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-07-20 – 2016-07-22
    • Invited
  • [Presentation] Towards system-level understanding of mammalian sleep2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      2nd WQBP Symposium
    • Place of Presentation
      Coventry (UK)
    • Year and Date
      2016-07-06 – 2016-07-06
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 全身・全脳透明化の先に見えてくるもの~個体レベルのシステムバイオロジーの実現に向けて~2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      第43回日本毒性学会2016
    • Place of Presentation
      ウインクあいち(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-06-29 – 2016-07-01
    • Invited
  • [Presentation] 個体システム生物学実現に向けた全身全細胞解析技術2016

    • Author(s)
      洲崎悦生
    • Organizer
      第37回日本炎症・再生医学会
    • Place of Presentation
      みやこめっせ(京都府京都市)
    • Year and Date
      2016-06-16 – 2016-06-17
    • Invited
  • [Presentation] 哺乳類概日時計周期長を制御する生化学的基盤2016

    • Author(s)
      大出晃士
    • Organizer
      第16回日本抗加齢医学会総会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-06-10 – 2016-06-12
    • Invited
  • [Presentation] Whole-body/organ clearing and imaging with single-cell resolution: Toward organism-level systems biology in mammals2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      the NetSci Satellite Symposium
    • Place of Presentation
      Seoul (Korea)
    • Year and Date
      2016-05-30 – 2016-06-03
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 全身・全脳透明化の先に見えるもの~体内の「時間」の理解に向けて~2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      第117回日本耳鼻咽喉科学会通常総会・学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-05-18 – 2016-05-21
    • Invited
  • [Presentation] Using MS at the bench: the post-translational landscape of circadian clock proteins2016

    • Author(s)
      大出晃士
    • Organizer
      第64回質量分析総合討論会
    • Place of Presentation
      ホテル阪急エキスポパーク(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2016-05-18 – 2016-05-20
    • Invited
  • [Presentation] 全身・全脳透明化の先に見えるもの~体内の「時間」の謎の解明に向けて~(招待講演)2016

    • Author(s)
      上田泰己
    • Organizer
      遺伝子デリバリー研究会
    • Place of Presentation
      川崎生命科学・環境研究センター(神奈川県川崎市)
    • Year and Date
      2016-05-16 – 2016-05-16
    • Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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