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試験管内概日リズム同期現象のモデル化

公募研究

研究領域動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築
研究課題/領域番号 24119514
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関九州大学

研究代表者

伊藤 浩史  九州大学, 芸術工学研究科(研究院), 助教 (20512627)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2012年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードKaiC / リン酸化リズム / 同期現象 / モデル化
研究概要

本研究プロジェクトは、概日リズムを持つ生物のうち最も単純な生物とされるシアノバクテリアの周期決定機構に関する研究である。シアノバクテリアの概日リズムを生み出す中心振動体はKaiCリン酸化リズムであると考えられている。KaiCリン酸化リズムは、試験管内でKaiA, B, Cタンパク質はATPと
30度で混合することによって再構成することができる。外力のない一定の環境下でもリズムを刻むため、自律的な振動子とみなすことができ、24時間周期の安定なリズムを示す。以前研究代表者(伊藤)は、位相の異なるKaiCリン酸化リズムを混合すると、急速に同期し安定したリズムを刻むことを発見した(Ito et al. Nat. Struct. Mol. Biol. 2008)。リン酸化リズムの同期現象のメカニズムに関して、数理モデルと生理学・生化学実験を通した解明を目指して研究を行った。
シアノバクテリアKaiCリン酸化リズムの周期を短縮または延長する変異体はこれまでに多数報告されている(Kondo et al. Science 1994)。それらの変異はKaiC上に存在し、KaiCリン酸化リズム再構成系の周期と生理学実験で観察される周期は相関がある。本研究提案はKaiCリン酸化リズム同期現を再現する数理モデルを構築し、周期決定機構に関する解明を試みた。生化学実験による観察事実に基づき、ある特定の位相のKaiCが他のKaiCの脱リン酸化を促すとい相互作用をモデルに取り入れることにより、リズムの同期現象が再現されることがわかった。またこのモデルによって、KaiCの生成・分解という摂動に対してリズムがロバストに保たれることが示された。これは、何故シアノバクテリアが24時間周期よりも短いダブンリングタイムを持つのにもかかわらず、概日リズムを維持できるのかという問題に対して、KaiC間の同期現象が有効に働いていることを示唆している。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Regulation of the Cyanobacterial Circadian Clock by Electrochemically Controlled Extracellular Electron Transfer2014

    • 著者名/発表者名
      Yue Lu, Koichi Nishio, Shoichi Matsuda, Yuki Toshima, Hiroshi Ito, Tomohiro Konno, Kazuhiko Ishihara, Souichiro Kato, Kazuhito Hashimoto, and Shuji Nakanishishi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: VOL.53 号: 8 ページ: 2208-2211

    • DOI

      10.1002/anie.201309560

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 生物リズムと温度2014

    • 著者名/発表者名
      伊藤浩史
    • 学会等名
      時間生物学会
    • 発表場所
      九州大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Cyanobacterial circadian clock is nullified by low temperature through Hopf bifurcation2012

    • 著者名/発表者名
      Yoriko Murayama , Hiroshi Kori , Takao Kondo , Hideo Iwasaki , Hiroshi Ito
    • 学会等名
      SRBR
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 物理モデル:シアノバクテリアにおける分岐現象と制御

    • 著者名/発表者名
      村山依子、伊藤浩史
    • 学会等名
      時間生物サテライトシンポジウム
    • 発表場所
      近畿大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [図書] SCN book let2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Ito
    • 総ページ数
      200
    • 出版者
      Hokkaido Univ Press.
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [図書] 種生物学研究2014

    • 著者名/発表者名
      伊藤浩史
    • 総ページ数
      200
    • 出版者
      種生物学会
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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