1年の時を刻む概年時計の分子基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 20K20459
• 補助金の研究課題番号: 19H05546 (2019)
• 研究種目: 挑戦的研究(開拓)
• 配分区分: 基金 (2020); 補助金 (2019)
• 審査区分: 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 吉村 崇 名古屋大学, 生命農学研究科(WPI), 教授 (40291413)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円); 2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2020年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2019年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
• キーワード: 概年時計 / メダカ

研究開始時の研究の概要

温暖化や気候変動により、生態系、生物多様性、農業などに影響が生じている。そのため、生物の環境適応機構の解明は世界的に緊急に取り組むべき重要課題と位置付けられている。生物の体内には約1年周期のリズムを刻む「概年時計」が存在し、遺伝することも知られているが、1年という長い周期のリズムを刻む分子基盤の解明は進んでいない。洗練された季節応答を示すメダカを屋外の自然条件下で飼育し、得られた2年間の時系列試料についてRNA-seq解析を行い、様々な遺伝子が年周リズムを刻むことを見出した。本研究ではこの膨大なRNA-seqデータを基盤として、概年時計の分子基盤を解明する。

研究成果の概要

生物の身体には概ね1年の内因性のリズムを刻む「概年時計」が存在し、繁殖活動、冬眠、渡りのタイミングを決定している。約１日のリズムを刻む概日時計の分子機構については理解が進んだものの、概年リズムを刻む「概年時計」は研究に長期の時間を要するため、挑戦的な謎であり、未解明であった。本研究では、メダカに約１年の概年時計が存在することを明らかにするとともに、約１年のリズムを刻む転写プログラムを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球規模の温暖化や気候変動により、植物の開花や動物の冬眠、渡り、繁殖などの時期にズレが生じており、全球レベルで種間の様々な相互作用に影響が生じている。既に生態系、生物多様性、ならびに農業に様々な影響が生じていることから、生物の環境適応機構の解明は世界的に緊急に取り組むべき重要課題と位置付けられている。1年という長い周期の生命現象の分子基盤の解明は極めて挑戦的なテーマであるため、ほとんど手付かずであったが、本研究ではこれに関与する転写プログラムを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Uppsala University(スウェーデン)
• [国際共同研究] マンチェスター大学(英国)
• [国際共同研究] シカゴ大学(米国)
• [国際共同研究] マンチェスター大学(英国)
• [国際共同研究] ウプサラ大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] シカゴ大学(米国)
• [国際共同研究] マンチェスター大学(英国)
• [雑誌論文] A transcriptional program underlying the circannual rhythms of gonadal development in medaka (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Tomoya、Tanikawa Miki、Okushi Yuki、Itoh Thoma、Shimmura Tsuyoshi、Maruyama Michiyo、Yamaguchi Taiki、Matsumiya Akiko、Shinomiya Ai、Guh Ying-Jey、Chen Junfeng、Naruse Kiyoshi、Kudoh Hiroshi、Kondo Yohei、Naoki Honda、Aoki Kazuhiro、Nagano Atsushi J.、Yoshimura Takashi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 120 号: 52 ページ: 120-120
  • DOI: 10.1073/pnas.2313514120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Variation in responses to photoperiods and temperatures in Japanese medaka from different latitudes (2023)
  • 著者名/発表者名: Shinomiya A, Adachi D, Shimmura T, Tanikawa M, Hiramatsu N, Shigeho I, Naruse K, Sakaizumi M, Yoshimura T
  • 雑誌名: Zoological Letters 巻: 9 号: 1 ページ: 16-16
  • DOI: 10.1186/s40851-023-00215-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Orphan nuclear receptor nr4a1 regulates winter depression-like behavior in medaka (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Tomoya、Hirano Fuka、Okushi Yuki、Matsuura Kosuke、Ohashi Miki、Matsumiya Akiko、Yoshimura Takashi
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 814 ページ: 137469-137469
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2023.137469
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mimicking seasonal changes in light-dark cycle and ambient temperature modulates gut microbiome in mice under the same dietary regimen (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Shoko、Ren Liang、Iigo Masayuki、Murai Atsushi、Yoshimura Takashi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 18 号: 2 ページ: e0278013-e0278013
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0278013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel hypnotics of Japanese traditional herbal medicines to caffeine-induced insomnia in Drosophila by using Newly-developed automated sleep and rhythm analysis system (AutoCircaS) (2022)
  • 著者名/発表者名: Inoue Eiji、Suzuki Takahiro、Nakayama Tomoya、Yoshimura Takashi、Sudo Keiichi、Shimizu Yasuharu、Iwaki Yoshikazu、Kawasaki Haruhisa、Ishida Norio
  • 雑誌名: Gene 巻: 846 ページ: 146852-146852
  • DOI: 10.1016/j.gene.2022.146852
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prostaglandin E2 synchronizes lunar-regulated beach spawning in grass puffers (2022)
  • 著者名/発表者名: Chen Junfeng、Katada Yuma、Okimura Kousuke、Yamaguchi Taiki、Guh Ying-Jey、Nakayama Tomoya、Maruyama Michiyo、Furukawa Yuko、Nakane Yusuke、Yamamoto Naoyuki、Sato Yoshikatsu、Ando Hironori、Sugimura Asako、Tabata Kazufumi、Sato Ayato、Yoshimura Takashi
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 32 号: 22 ページ: 4881-4889
  • DOI: 10.1016/j.cub.2022.09.062
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Real time monitoring of cold Ca2+ dependent transcription and its modulation by NCX inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Hsin-tzu、Miyairi Shiori、Kitamura Miho、Iizuka Kosuke、Asano Yoshimasa、Yoshimura Takashi、Kon Naohiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 17325-17325
  • DOI: 10.1038/s41598-022-22166-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Level of constitutively expressed BMAL1 affects the robustness of circadian oscillations (2022)
  • 著者名/発表者名: Padlom Apirada、Ono Daisuke、Hamashima Rio、Furukawa Yuko、Yoshimura Takashi、Nishiwaki-Ohkawa Taeko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 19519-19519
  • DOI: 10.1038/s41598-022-24188-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Adenylate kinase 1 overexpression increases locomotor activity in medaka fish (2022)
  • 著者名/発表者名: Maruyama Michiyo、Furukawa Yuko、Kinoshita Masato、Mukaiyama Atsushi、Akiyama Shuji、Yoshimura Takashi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 1 ページ: e0257967-e0257967
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0257967
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modulation of circadian clock by crude drug extracts used in Japanese Kampo medicine (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang M, Kobayashi K, Atsumi H, Katada Y, Nakane Y, Chen J, Nagano R, Kadofusa N, Nishiwaki-Ohkawa T, Kon N, Hirota T, Sato A, Makino T, Yoshimura T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 21038-21038
  • DOI: 10.1038/s41598-021-00499-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Cryptochrome-modulating compounds on circadian behavioral rhythms in zebrafish (2021)
  • 著者名/発表者名: Iida M, Nakane Y, Yoshimura T, Hirota T
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: Sep 号: 5 ページ: 501-507
  • DOI: 10.1093/jb/mvab096
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ケミカルゲノミクスで明らかにするメダカの冬季うつ様行動の分子基盤：冬季うつ病の理解と克服にむけて (2021)
  • 著者名/発表者名: 沖村光祐，中山友哉，吉村崇
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 59 ページ: 369-376
  • NAID: 40022666131
• [雑誌論文] Light and Hormones in Seasonal Regulation of Reproduction and Mood (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen Junfeng、Okimura Kousuke、Yoshimura Takashi
  • 雑誌名: Endocrinology 巻: 161 号: 9 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1210/endocr/bqaa130
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal changes in NRF2 antioxidant pathway regulates winter depression-like behavior (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakayama T, Okimura K, Shen J, Guh Y-J, Tamai K, Shimada A, Minou S, Okushi Y, Shimmura T, Furukawa Y, Kadofusa N, Sato A, Nishimura T, Tanaka M, Nakayama K, Shiina N, Yamamoto N, Loudon A.S, Nishiwaki-Ohkawa T, Shinomiya A, Nabeshima T, Nakane Y, and Yoshimura T
  • 雑誌名: PNAS 巻: - 号: 17 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1073/pnas.2000278117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The underlying mechanisms of vertebrate seasonal reproduction (2019)
  • 著者名/発表者名: GUH Ying-Jey、TAMAI Takako K、YOSHIMURA Takashi
  • 雑誌名: Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ． Ｓｅｒ． Ｂ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 95 号: 7 ページ: 343-357
  • DOI: 10.2183/pjab.95.025
  • NAID: 130007689022
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • 年月日: 2019-07-31
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interconnection between circadian clocks and thyroid function (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikegami Keisuke、Refetoff Samuel、Van Cauter Eve、Yoshimura Takashi
  • 雑誌名: Nature Reviews Endocrinology 巻: 15 号: 10 ページ: 590-600
  • DOI: 10.1038/s41574-019-0237-z
  • NAID: 120006775102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Understanding underlying mechanisms of infradian rhythms (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: The 10th Congress of Asian Sleep Research Society and Asian Forum of Chronobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoperiod and seasonal reproduction (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: InSC School in Chronobiology 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 月のリズムと季節のリズムの分子基盤 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 下垂体研究会第37回学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物の概年リズムの分子基盤 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 日本睡眠学会第45回定期学術集会第30回日本時間生物学会学術大会合同大会
  • 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物の概年時計の分子機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 2023年度生理学研究所研究会「極限環境適応」
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular basis of the circannual clock (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: The 61st Annual Meetings of the Biophysical Society of Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding the mystery of biological clocks: Learning from unique animals to contribute for food production and human health (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: JAACT2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ユニークな動物から明らかになった驚きの季節適応戦略 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第47回鳥類内分泌研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 自然条件下の魚類と哺乳類からみえてきた脊椎動物の季節適応機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会第45回大阪大会
  • 招待講演
• [学会発表] Towards understanding the mystery of biological clocks: an interdisciplinary approach (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: iCeMS Retreat
  • 招待講演
• [学会発表] Towards understanding molecular mechanisms of infradian rhythms (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: 19th International Conference on Retinal Proteins
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] クサフグが大潮に一斉集団産卵する仕組み (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 極限環境研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 季節繁殖の分子機構～鍵分子同定までの道のりとその後の展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第29回日本時間生物学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding infradian rhythms by multi-omics approach (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: 2nd International RMBPD Colloquium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular basis of vertebrate infradian rhythms (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: EMBO | EMBL Symposium: Biological oscillators: design, mechanism, function
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アカゲザル全身組織の遺伝子発現地図から明らかにする動物の季節適応戦略 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第50回ホミニゼーション研究会「人類進化と遺伝子」
  • 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物の季節適応機構：鳥類、魚類、霊長類をモデルとした比較生物学的アプローチ (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第68回日本実験動物学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 冬季のうつ様行動の分子機構理解に向けて (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第43回日本生物学的精神医学会・日本神経精神薬理学会合同年会
  • 招待講演
• [学会発表] Seasonal regulation of depression-like behavior (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: 5th Asian Forum on Chronobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Towards understanding molecular mechanisms of infradian rhythms (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: The 18th Sapporo Symposium on Biological Rhythm
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] メダカ、ウズラ、マウス、アカゲザルに学ぶ動物の季節適応の仕組み (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第35回日本下垂体研究会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular basis of vertebrate seasonal adaptation (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: The 27th Japan Medaka and Zebrafish Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物の季節適応機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 季節や月のリズムと動物の環境適応戦略 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 2021年度生理学研究所研究会「極限環境適応」
  • 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物の季節適応戦略 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第28回日本時間生物学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 比較生物学から迫る脊椎動物の季節適応機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第68回日本生態学会
  • 招待講演
• [学会発表] Seasonal clock: Towards the understanding of human seasonal clocks (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: The 12th Sleep Respiration Forum online from Barcelona
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 冬季のうつ様行動の分子基盤の解明に向けて：春告げホルモンTSHの発見のその後 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 63回日本甲状腺学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物の季節適応機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular and neuroendocrine mechanism of vertebrate seasonal reproduction (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: SAGE Pre V WCC Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular basis of seasonal changes in behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: V World Congress of Chronobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Understanding molecular basis of seasonal changes in behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: European Congress for Endocrinology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular basis of seasonal changes in behavior in medaka (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: The 10th International Congress of Comparative Physiology and Biochemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular basis of seasonal changes in behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura T
  • 学会等名: XVI Congress of the European Biological Rhythms Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物の行動の季節変化の分子基盤の解明に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉村崇
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 招待講演
• [図書] Circadian Clocks, Neuromethods (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakayama T, Okubo K, Ansai S, Yoshimura T
  • 総ページ数: 429
  • 出版者: Humana Press
  • ISBN: 9781071625774
• [備考] 1年のリズムを刻む概年遺伝子を発見
  • URL: https://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/research/2023/12/post-67.php