サーカディアン・カルシウムリズムを支配する体内時計分子基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 16300104
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経科学一般
• 研究機関: 富山大学 (2005-2007); (財)大阪バイオサイエンス研究所 (2004)
• 研究代表者: 池田 真行 富山大学, 大学院・理工学研究部, 准教授 (10288053)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 15,320千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 420千円); 2007年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2006年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2005年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2004年度: 8,500千円 (直接経費: 8,500千円)
• キーワード: 脳スライス培養 / 時計遺伝子 / 視交叉上核 / FRET / 細胞内カルシウム / サーカディアンリズム / 体内時計 / 蛍光タンパク / ミトコンドリア / 睡眠・覚醒

研究概要

本研究の主な目的は、体内時計中枢である視床下部視交叉上核(SCN)ニューロン内に見られる細胞内カルシウム濃度の約24時間リズム(サーカディアン・カルシウムリズム)の形成過程において、時計遺伝子の制御機序を明らかにすることである。そこで、視床下部スライス培養にカルシウム感受性蛍光タンパク質遺伝子を発現させ、以下に示す様々な解析を行った。時計遺伝子mPer1およびmPer2のアンチセンスmRNAを長期間培養液中に投与したが、サーカディアン・カルシウム濃度リズムや活動電位の自発発火頻度リズムに有意な効果は及ぼさなかった。行動リズムを恒暗条件下で無周期にすることが知られる時計遺伝子Cry1/Cry2ダブルノックアウトマウスでは、サーカディアン・カルシウム濃度リズムの振動(100-500nM程度の振幅)は持続するものの、無周期になっていることが明らかになった。一方で、その他のクラスの時計遺伝子であるBmal1の強制発現やBmal1ドミナントネガティブ体の強制発現を行なったところ、サーカディアン・カルシウム濃度リズムが劇的に抑制されることが明らかとなった。さらに、Bmal1の転写制因子として働くRORαの欠損マウスにおいてもサーカディアン・カルシウム濃度リズムが劇的に抑制されることが明らかとなった。これらの結果は、ある特定のクラスの時計遺伝子が細胞生理活動リズムの形成に重要な役割を担っていることを示唆している。本研究ではさらに、体内時計光同調機構や、睡眠発現調節機構に関する研究も展開した。特に、摂食調節ぺプチド受容体の一つであるCCK-A受容体の欠損マウスでは、光による時計遺伝子mPer1/mPer2の発現が有意に抑制されることが明らかとなったが、この効果は、網膜アマクリン細胞におけるCCK-A受容体の発現に起因することが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Cholecystokinin-A receptors regulate photic input pathways to the circadian clock. (2008)
  • 著者名/発表者名: Shimazoe T, Morita M, Ogiwara S, Kojiya T, Goto J, Kamakura M, Moriya T, Shinohara K, Takiguchi S, Kono A, Miyasaka K, Funakoshi A, & Ikeda M
  • 雑誌名: The FASEB Journal 22 ページ: 1479-1490
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2008)Cholecystokinin-A receptors regulate photic input pathways to the circadian clock (2008)
  • 著者名/発表者名: Shimazoe, T, Morita, M, Ogiwara, S, Kojiya, T, Goto, J, Kamakura, M, Moriya, T, Shinohara, K, Takiguchi, S, Kono, A, Miyasaka, K, Funakoshi, A, Ikeda, M^<CA>
  • 雑誌名: The FASEB Journal 22 ページ: 1479-1490
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cholecystokinin-A receptors regulate photic input pathways to the circadian clock (2008)
  • 著者名/発表者名: Shimazoe T, Morita M, Ogiwara S, Kojiya T, Goto J, Kamakura M, Moriya T, Shinohara K, Takiguchi S, Kono A, Miyasaka K, Funakoshi A, & Ikeda M
  • 雑誌名: The FASEB Journal 22 ページ: 1479-1490
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linkage between cellular oscillations and behavioral circadian rhythms from Drosophila to mammals (2007)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M
  • 雑誌名: J. Physiol. Sci. 57
  • NAID: 130005448819
• [雑誌論文] Role of nociceptin and opioid receptor like 1(ORL1)on entrainment function in the rat suprachiasmatic nucleus (2006)
  • 著者名/発表者名: Sugino, T, Shimazoe, T^<CA>, Kanemoto, Y, Ikeda M, Watanabe, S
  • 雑誌名: Neuroscience 137 ページ: 537-544
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Over-expression of dominant negative Bmall inhibits circadian cytosolic Ca^2+ rhythms in cultured suprachiasmatic nucleus neurons (2006)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M, Kojiya T
  • 雑誌名: Neurosci. Res. 55
• [雑誌論文] Role of nociceptin and opioid receptor like 1(ORL1) on entrainment function in the rat suprachiasmatic nucleus. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sugino T, Shimazoe T, Kanemoto Y, Ikeda M, Watanabe S
  • 雑誌名: Neuroscience 137 ページ: 537-544
• [雑誌論文] Brain oxidation is an initial process in sleep induction. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M, Ikeda-Sagara M, Okada T, Clement P, Urade Y, Nagai T, Sugiyama T, Yoshioka T, Honda K, & Inoue S
  • 雑誌名: Neuroscience 130 ページ: 1029-1040
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Brain oxidation is an initial process in sleep induction (2005)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, M^<CA>, Ikeda-Sagara, M, Okada, T, Clement, P, Urade, Y, Nagai, T, Sugiyama, T, Yoshioka, T, Honda K, Inoue, S
  • 雑誌名: Neuroscience Vol. 130, No. 4 ページ: 1029-1040
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] サーカディアンリズムの解析法:個体行動,神経活動から分子リズムに至るまで (2005)
  • 著者名/発表者名: 池田真行, 守屋孝洋, 程肇
  • 雑誌名: 日本生理学雑誌 67巻12号 ページ: 377-386
  • NAID: 10017404019
• [雑誌論文] Brain oxidation is an initial process in sleep induction. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M., et al.
  • 雑誌名: Neuroscience 130 ページ: 1029-1040
• [雑誌論文] mPer2 antisense oligonucleotides inhibit mPER2 expression but not circadian rhythms of physiological activity in cultured suprachias matic nucleus neurons (2004)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama T, Yoshioka T, & Ikeda M
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 323 ページ: 479-483
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] mPer2 antisense oligonucleotides inhibit mPER2 expression but not circadian rhythms of physiological activity in cultured suprachiasmatic nucleus neurons (2004)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama, T, Yoshioka, T, Ikeda, M^<CA>
  • 雑誌名: Biochemical Biophysical Research Communications 323 ページ: 479-483
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Hydrogen-deuterium exchange effects on beta-endorphin release from AtT20 murine pituitary tumor cells. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M., et al.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 86 ページ: 565-575
• [雑誌論文] mPer2 antisense oligonucleotides inhibit mPER2 expression but not circadian rhythms of physiological activity in cultured suprachiasmatic nucleus neurons. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama T., Yoshioka T., IKeda M.
  • 雑誌名: Biochemical Biophysical Research Communications 323 ページ: 479-483
• [雑誌論文] Calcium dynamics and circadian rhythms in suprachiasmatic nucleus neurons. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ikeda M
  • 雑誌名: The Neuroscientist 10 ページ: 315-324
  • NAID: 120002224950
• [雑誌論文] 視交叉上核ニューロンにおけるサーカディアン細胞内Ca^<2+>リズムの発見:その時間生物学におけるインパクト (2004)
  • 著者名/発表者名: 池田真行
  • 雑誌名: 時間生物学 10 ページ: 12-22
• [学会発表] Retinal signal processing for the circadian clock inputs via amacrine cell cholecystokinin-A receptors (2007)
  • 著者名/発表者名: 池田 真行、森田 光貴、荻原 真一郎、糀谷 智芳、後藤 純平、瀧口 総一、島添 隆雄
  • 学会等名: 第37回北米神経科学大会
  • 発表場所: アメリカ合衆国(サンディエゴ)
• [学会発表] Molecular clock oscillations in organorypic cultures of Drosophila melanogaster (2007)
  • 著者名/発表者名: 森岡 絵里、後藤 純平、松本 顕、池田 真行
  • 学会等名: 第37回北米神経科学大会
  • 発表場所: アメリカ合衆国(サンディエゴ)
• [学会発表] Amplitude modulation (AM) and frequency modulation (FM) of cytosolic Ca^<2+> waves by the molecular clock in circadian pacemaker cells (2007)
  • 著者名/発表者名: 池田 真行
  • 学会等名: Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP) workshop on self-organization in biological complex systems.
  • 発表場所: 大韓民国(プサン)
• [学会発表] Visuahzation of circadian clock work in Drosophila endocrine cells. (2007)
  • 著者名/発表者名: 森岡 絵里、後藤 純平、池田 真行
  • 学会等名: Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP) workshop on self-organization in biological complex systems.
  • 発表場所: 大韓民国(プサン)
• [学会発表] Cholecystokinin signals work inputs and outputs of the biolo gical clock; Retinal amacrine cells get satiety signals? (2007)
  • 著者名/発表者名: 池田 真行
  • 学会等名: Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP) Focus Program on Dynamic aspects of biological networks. Part 2: Oscillation and synchronization in neural and cardiac systems
  • 発表場所: 大韓民国(ポヘン)
• [学会発表] 視覚情報伝達におけるコレシストキニンA受容体の機能:体内時計の調節 (2007)
  • 著者名/発表者名: 島添 隆雄、瀧口 総一、池田 真行
  • 学会等名: 第30回日本神経科学大会・第50回日本神経化学会大会・第17回日本神経回路学会大会合同大会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] Neural networks involved in daily sleep-wake cycles (2007)
  • 著者名/発表者名: 池田 真行
  • 学会等名: 統合脳・地域シンポジウム「Time in Brain」
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] Discovery of circadian intracellular Ca^<2+>waves in SCN neurons and its impact on the mammalian clock system. (2005)
  • 著者名/発表者名: 池田真行
  • 学会等名: ゴードンカンファレンス
  • 発表場所: ロードアイランド
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Discovery of circadian intracellular Ca^(2+)waves in SCN neurons and its impact on the mammalian clock system. Total of 25 presentations during 2004-2007 (2005)
  • 著者名/発表者名: Masayuki, Ikeda
  • 学会等名: Gordon Conference Invited Speaker
  • 発表場所: Rhode island, USA
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] 時間生物学事典 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池田真行
  • 総ページ数: 340
  • 出版者: 朝倉書房
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] 「時間生物学事典」 No.83 「出力系」 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池田 真行
  • 出版者: 朝倉書房
• [図書] 「睡眠学」日本睡眠学会編 第1部4-1 睡眠物質の生理学 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池田 真行、本多 和樹
  • 出版者: 朝倉書房(in press)