短周期生物時計の応答計測と再構築による制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15H05326
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生命・健康・医療情報学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 磯村 彰宏 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 共同研究者 (70512466)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円); 2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
• キーワード: 遺伝子発現振動 / 光遺伝学 / 人工遺伝子回路 / 合成生物学 / 非線形動力学 / システム生物学 / 生物物理

研究成果の概要

Hes1短周期生物時計の動的応答特性を明らかにするために、光応答機能を遺伝子導入したC2C12細胞に光摂動を与え、タイムラプスイメージングによって1細胞応答を定量計測した。その結果、受信機能に関しては、Hes1の遺伝子発現リズムが様々な周期(1.8から5.5時間)の外部刺激に応答・同期できること、特にHes1リズムの自然周期(約2.6時間)に近い周期の外部刺激で最も効率的に同期できることが分かった。また、1細胞解析から、位相応答曲線を可視化することに成功し、動的応答特性を確率的位相モデルを使ったシミュレーションによって再現できた。さらに人工遺伝子回路による振動発振にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] ES cell-derived presomitic mesoderm-like tissues for analysis of synchronized oscillations in the segmentation clock (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumiya Marina、Tomita Takehito、Yoshioka-Kobayashi Kumiko、Isomura Akihiro、Kageyama Ryoichiro
  • 雑誌名: Development 巻: 145 号: 4
  • DOI: 10.1242/dev.156836
  • NAID: 120006540184
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Illuminating information transfer in signaling dynamics by optogenetics (2017)
  • 著者名/発表者名: Isomura Akihiro、Kageyama Ryoichiro
  • 雑誌名: Current Opinion in Cell Biology 巻: 49 ページ: 9-15
  • DOI: 10.1016/j.ceb.2017.11.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optogenetic perturbation and bioluminescence imaging to analyze cell-to-cell transfer of oscillatory information. (2017)
  • 著者名/発表者名: Isomura, A., Ogushi, F., Kori, H., and Kageyama, R.
  • 雑誌名: Genes & Development 巻: 31 号: 5 ページ: 524-535
  • DOI: 10.1101/gad.294546.116
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Oscillatory control of Delta-like1 in cell interactions regulates dynamic gene expression and tissue morphogenesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimojo H, Isomura A, Ohtsuka T, Kori H, Miyachi H, Kageyama R
  • 雑誌名: Genes Dev. 巻: 30 号: 1 ページ: 102-116
  • DOI: 10.1101/gad.270785.115
  • NAID: 120005980896
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 遺伝子発現リズムの細胞間位相同期の再構成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 磯村 彰宏
  • 学会等名: 定量生物学の会 第八回年会
  • 発表場所: 自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2017-01-08
• [学会発表] 光遺伝学による遺伝子発現リズムの細胞間情報伝達機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 磯村 彰宏
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] Interrogating oscillatory gene expression by optogenetics (2015)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Isomura
  • 学会等名: International Symposium on Synthetic Systems Biology Joint 14th Symposium of Biochemical Systems Theory (BST2015)
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2015-09-17