翻訳速度制御を介した睡眠・代謝・体内時計のパラメトリック制御

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: 翻訳速度調節機構を基盤としたパラメトリック生物学の創成
• 研究課題/領域番号: 20H05783
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 土居 雅夫 京都大学, 薬学研究科, 教授 (20432578)
• 研究期間 (年度): 2020-10-02 – 2023-03-31
• キーワード: 体内時計 / 翻訳

研究実績の概要

昼夜でおおきく変化する環境下において恒常的に健康を維持するためには、全身の37兆個もの細胞がそれぞれバラバラではなくテンポをそろえて調和的にリズムを刻む必要がある。これまでに、体内でおこる数℃レベルの基礎体温の変化が全身のリズムの調和に寄与することが示されてきたものの分子機構が不明であった。このような中、本研究では、Ribo-seq解析を通じて、体内時計の振動を生み出す中核遺伝子Per2のメッセンジャーRNAの5’UTRに 最小単位upstream open reading frame（uORF）というこれまで見過ごされてきた新しいRNAエレメントを同定し、これが体温による細胞時計のリズム合わせに必須であることを明らかにした。重要なことに、数℃の緩やかな温度変化はPer2の転写ではなく翻訳スピードを調節する。つまり、翻訳速度を調節するRNA上の新奇エレメントによって生物がしなやかに体内リズムを調和させる分子的仕組みを初めて明らかにすることができた（Miyake et al., Cell Reports 42, 112157, 2023）。本成果は領域の目標である『翻訳速度調節機構を基盤としたパラメトリック生物学の創成』に資するものであり、領域ホームページならびに令和5年3月8日開催の第12回都医学研シンポジウム（オーガナイザー：吉種光、土居雅夫；科研費学術変革B「パラメトリク翻訳」共催）において発表を行うとともに、科学新聞 令和5年3月17日3面「体内リズムの時刻合わせ役 新たなＲＮＡ配列発見」を通じて公表するに至った。当初の研究計画に従って研究を推し進めることができたといえる。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Minimal upstream reading frame of Per2 mediates phase fitness of the circadian clock to day/night physiological body temperature rhythm (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyake T, Inoue Y, Shao X, Seta T, Aoki Y, Nguyen Pham KT, Shichino Y, Sasaki J, Sasaki T, Ikawa M, Yamaguchi Y, Okamura H, Iwasaki S, Doi M
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 42 ページ: 112157
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112157
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ニコチンアミドモノヌクレオチドを用いた加齢性ドライアイ治療へNicotinamide mononucleotide for the potential treatment of age-associated dry eye disease (2023)
  • 著者名/発表者名: 蕭穗文、土居雅夫
  • 雑誌名: MEDCHEM NEWS 巻: 33 ページ: 16-20
• [雑誌論文] イントラクライン機構の再活性化による加齢性ドライアイ軽減―NAD+とサーカディアンリズムが鍵― (2023)
  • 著者名/発表者名: 上原日佳梨、土居雅夫
  • 雑誌名: Geriatric Medicine（老年医学） 巻: 61 ページ: 35-38
• [雑誌論文] Optimising the method for visualising mouse meibomian gland using eyelid whole-mount lipid staining (2022)
  • 著者名/発表者名: Hamada Y, Sasaki L, Uehara H, Suzuki T, Kinoshita S, Otsuka K, Kihara A, Yamaguchi Y, Miyake T, Doi M
  • 雑誌名: Ocul. Surf. 巻: 26 ページ: 268-270
  • DOI: 10.1016/j.jtos.2022.10.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] The identification of novel small extracellular vesicle (sEV) production modulators using luciferase-based sEV quantification method (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto A, Takahashi Y, Inuki S, Nakagawa S, Nakao K, Ohno H, Doi M, Takakura Y
  • 雑誌名: J. Extracell. Biol. 巻: 1 ページ: e62
  • DOI: 10.1002/jex2.62
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nmu/Nms/Gpr176 triple-deficient mice show enhanced light-resetting of circadian locomotor activity (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Y, Murai I, Takeda M, Doi S, Seta T, Hanada R, Kangawa K, Okamura H, Miyake T, Doi M
  • 雑誌名: Biol. Pharm. Bull. 巻: 45 ページ: 1172-1179
  • DOI: 10.1248/bpb.b22-00260
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Circadian protection against bacterial skin infection by epidermal CXCL14-mediated innate immunity (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsujihana K, Tanegashima K, Santo Y, Yamada H, Akazawa S, Nakao R, Tominaga K, Saito R, Nishito Y, Hata R, Nakamura T, Murai I, Kono Y, Sugawa M, Tanioka M, Egawa G, Doi M, Isa T, Kabashima K, Hara T, Okamura H
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 119 ページ: e2116027119
  • DOI: 10.1073/pnas.2116027119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A light-induced small G-protein gem limits the circadian clock phase-shift magnitude by inhibiting voltage-dependent calcium channels. (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuo M, Seo K, Taruno A, Mizoro Y, Yamaguchi Y, Doi M, Nakao R, Kori H, Abe T, Ohmori H, Tominaga K, Okamura H
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 39 ページ: 110844
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110844
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NAD+によるイントラクラインを介した加齢性ドライアイ軽減法 (2022)
  • 著者名/発表者名: 土居雅夫，佐々木玲奈, 濵田悠貴, 鑓水大介
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 40 ページ: 2168-2171
• [学会発表] Reactivation of circadian clock-regulated intracrine activity ameliorates meibomian gland dysfunction and its associated dry eye disease (2023)
  • 著者名/発表者名: Masao Doi
  • 学会等名: 第100回日本生理学会大会
• [学会発表] 体内時計のパラメトリック制御の理解に向けて (2023)
  • 著者名/発表者名: 土居雅夫
  • 学会等名: 2022年度文部科学省学術変革領域研究 学術研究支援基盤形成 先端モデル動物支援プラットフォーム成果発表会
• [学会発表] イントラクライン機構によるマイボーム腺局所ステロイド合成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木智、佐々木玲奈、木下茂、土居雅夫
  • 学会等名: 角膜カンファ2023（第47回日本角膜学会総会, 第39回日本角膜移植学会）
• [学会発表] 翻訳速度調節機構を基盤としたパラメトリック生物学の創成へ (2023)
  • 著者名/発表者名: 土居雅夫
  • 学会等名: 第12回 都医学研シンポジウム
• [学会発表] 生理的な微小温度変化がもたらすmRNA翻訳速度調節を介した概日時計制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三宅崇仁、井ノ上雄一、土居雅夫
  • 学会等名: 第12回 都医学研シンポジウム
• [学会発表] Circadian steroidogenesis and ageing-associated disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Masao Doi
  • 学会等名: XVII EUROPEAN BIOLOGICAL RHYTHMS SOCIETY CONGRESS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Circadian intracrine activity governs age-associated meibomian gland dysfunction and evaporative dry eye disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Masao Doi
  • 学会等名: Sapporo Symposium on BIOLOGICAL RHYTHM 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nmu/Nms/Gpr176 triple-deficient mice show enhanced light-resetting of circadian locomotor activity (2022)
  • 著者名/発表者名: Shotaro Doi, Yoshiaki Yamaguchi, Masao Doi
  • 学会等名: Sapporo Symposium on BIOLOGICAL RHYTHM 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Gpr19 is a circadian clock-controlled orphan GPCR with a role in modulating free-running period and light resetting capacity of the circadian clock (2022)
  • 著者名/発表者名: Huihua Zhou, Yoshiaki Yamaguchi, Masao Doi
  • 学会等名: Sapporo Symposium on BIOLOGICAL RHYTHM 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Identification and functional characterization of N-linked glycosylation of the orphan G protein-coupled receptor Gpr176 (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaho Tanaka, Tianyu Wang and Masao Doi
  • 学会等名: 第17回GPCR研究会
• [学会発表] イントラクライン機構の再活化による加齢性ドライアイ軽減―NAD+とサーカディアンリズムが鍵― (2022)
  • 著者名/発表者名: 土居雅夫
  • 学会等名: 2022年度生理学研究会臓器連関による生体恒常性維持機構と生体活動の統合的理解
• [学会発表] 微小な温度変化がもたらすmRNA翻訳速度調節と概日時計制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三宅崇仁、井ノ上雄一、土居雅夫
  • 学会等名: 温熱生理学研究会2022
  • 招待講演
• [備考] 京都大学大学院薬学研究科医薬創成情報科学専攻システムバイオロジー分野
  • URL: https://systems-biology.pharm.kyoto-u.ac.jp/
• [備考] 学術変革領域(B) パラメトリク翻訳
  • URL: http://parametric-translation.pharm.kyoto-u.ac.jp/index.html