生体リズムの少数性生物学－生命システムにおけるターンオーバー制御と分子少数性－

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 少数性生物学―個と多数の狭間が織りなす生命現象の探求―
• 研究課題/領域番号: 23115006
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 上田 泰己 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20373277)
• 研究分担者: 大出 晃士 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40612122)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 概日時計 / 質量分析 / 絶対定量 / ターンオーバーレート / 分子少数性

研究実績の概要

本研究では、比較的低コピーで機能していると考えられている哺乳類概日時計振動体を構成する転写因子について、その分子少数性を評価し、それらのターンオーバーレートが概日周期長に与える影響について、分子・細胞・個体の各階層で調べることを目指している。
昨年度までに、概日時計振動体を構成すると考えられている全てのクラスの転写制御因子の絶対定量に成功し、具体的な１細胞あたりの分子コピー数として描出することに成功していた。本年度は、そこで検出された分子数変動が真に概日時計依存的なものであることを、概日時計機能を欠くノックアウトマウスを用いて、それらの変動が消失していることを確認することで示した。さらに、絶対定量の感度・正確性を示すために、限られたサンプリングポイントの概日時計タンパク質定量値から、概日時計の位相を正確に予測可能であることを示した。
ターンオーバーレートと概日時計周期長の関係については、網羅的変異体解析から、CRY1タンパク質の安定性と概日周期長が相関することを細胞・個体レベルで示すことに成功した。さらに、より興味深いことに、特定のCRY1領域への変異導入は、CRY1の安定性に大きな影響を与えることなく、概日周期長を顕著に変化させることを見出した。また、2000分子/細胞を下回る非常に少ない発現量を経るPER2タンパク質はCRY1タンパク質との相互作用を介して、マウス個体レベルでの安定した周期長維持に重要であることを示した。これらの結果を元に、分子数（量）が少数個で変動する一見すると不安定な概日時計制御に於いて、タンパク質の修飾・構造変化（質）が安定した発振周期長をもたらす機構を議論するに至った。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Involvement of Ca2+-dependent hyperpolarization in sleep duration in mammals (2016)
  • 著者名/発表者名: Fumiya Tatsuki, Genshiro A. Sunagawa, Shoi Shi, Etsuo A. Susaki, Hiroko Yukinaga, Dimitri Perrin, Kenta Sumiyama, Maki Ukai-Tadenuma, Hiroshi Fujishima, Rei-ichiro Ohno, Daisuke Tone, Koji L. Ode, Katsuhiko Matsumoto, Hiroki R. Ueda
  • 雑誌名: Neuron 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.02.032
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Whole-body and Whole-Organ Clearing and Imaging Techniques with Single-Cell Resolution: Toward Organism-Level Systems Biology in Mammals (2016)
  • 著者名/発表者名: Etsuo A. Susaki, Hiroki R. Ueda
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 23 ページ: 137-157
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2015.11.009
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mammalian Reverse Genetics without Crossing Reveals Nr3a as a Short-Sleeper Gene (2016)
  • 著者名/発表者名: Genshiro A. Sunagawa, Kenta Sumiyama, Maki Ukai-Tadenuma, Dimitri Perrin, Hiroshi Fujishima, Hideki Ukai, Osamu Nishimura, Shoi Shi, Rei-ichiro Ohno, Ryohei Narumi, Yoshihiro Shimizu, Daisuke Tone, Koji L. Ode, Shigehiro Kuraku, Hiroki R. Ueda
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 14 ページ: 662-677
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.12.052
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 個体レベルのシステム生物学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 張千惠, 洲﨑悦生, 上田泰己
  • 雑誌名: 臨床整形外科 巻: 51 ページ: 180-183
• [雑誌論文] Advanced CUBIC protocols for whole-brain and whole-body clearing and imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: Etsuo A. Susaki, Kazuki Tainaka, Dimitri Perrin, Hiroko Yukinaga, Akihiro Kuno, Hiroki R. Ueda
  • 雑誌名: Nature protocols 巻: 10 ページ: 1709-1727
  • DOI: 10.1038/nprot.2015.085
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Seeing the forest and trees: whole-body and whole-brain imaging for circadian biology (2015)
  • 著者名/発表者名: Koji L. Ode, Hiroki R. Ueda
  • 雑誌名: Diabetes, Obesity and Metabolism 巻: 17 Sup. 1 ページ: 47-54
  • DOI: 10.1111/dom.12511.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] マウス全脳・全身を透明化し1細胞解像度で観察する新技術を開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久野朗広, 洲崎悦生, 田井中一貴, 上田泰己
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 53 ページ: 737-740
• [雑誌論文] 脳の見える化―構造編 細胞を見る 脳の透明化と構造情報処理 (2015)
  • 著者名/発表者名: 史蕭逸, 洲崎悦生, 上田泰己
  • 雑誌名: Clin Neurosci 巻: 33 ページ: 639-642
• [雑誌論文] 1細胞解像度個体全身三次元イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保田晋平, 田井中一貴, 上田泰己
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 34 ページ: 272-282
• [雑誌論文] CUBICを用いた全身三次元病理解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 須山孟, 田井中一貴, 上田泰己
  • 雑誌名: 心臓 巻: 47 ページ: 227-284
• [雑誌論文] 脳を透明にする (2015)
  • 著者名/発表者名: 岸野文昭, 洲崎悦生, 上田泰己
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 55 ページ: 145-147
• [学会発表] 体内の「時間」の理解にむけて －全身透明化の先に見えるもの- (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: 第30回日本がん看護学会学術集会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市美浜区）
  • 年月日: 2016-02-20
  • 招待講演
• [学会発表] 全身・全脳透明化の先に見えてくるもの ～生命の『時間』の謎の解明に向けて～ (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroki R. Ueda
  • 学会等名: West BIOS 2016
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2016-02-13 – 2016-02-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Towards Organisms-level Systems Biology (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki R. Ueda
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Hawaii (USA)
  • 年月日: 2015-12-14 – 2015-12-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 外部光環境の内部表現機構としての概日時計システム (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] The post-translational landscape of mammalian circadian clock; an MS-based analysis of CRY1 and beyond (2015)
  • 著者名/発表者名: 大出晃士
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CUBIC: whole-organ, whole-body imaging with single-cell resolution using chemical cocktails (2015)
  • 著者名/発表者名: 田井中一貴
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] 全身・全脳透明化の先に見えるもの ―個体レベルの「時間」の理解に向けて― (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: 脳心血管抗加齢研究会2015
  • 発表場所: 秋葉原UDX(東京都千代田区)
  • 年月日: 2015-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] 全脳・全身透明化から見えてくるもの －個体システムの合成生物学に向けてー (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: 細胞を創る研究会8.0
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-11-12 – 2015-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] Towards Organisms-level Systems Biology at Single-cell Resolution (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki R. Ueda
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conferences
  • 発表場所: Suzhou (USA)
  • 年月日: 2015-10-26 – 2015-10-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Whole-body and whole-brain imaging with single-cell resolution by CUBIC (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki R. Ueda
  • 学会等名: 2015 Society for Neuroscience
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2015-10-16 – 2015-10-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 個体レベルの「時間」の理解に向けて ―全身・全脳透明化の先に見えるもの― (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] Towards System-level Understanding of Mammalian Circadian Clocks (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: Asian Forum on Chronobiology in 2015
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] Mammalian cryptochrome 1 regulates circadian period through its co-factor pocket (2015)
  • 著者名/発表者名: Koji L. Ode
  • 学会等名: XIV EBRS and IV WCC
  • 発表場所: Manchester (UK)
  • 年月日: 2015-08-02 – 2015-08-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 全身・全脳透明化の先に見えるもの ―個体レベルのシステム生物学の実現に向けて― (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: 第47回日本動脈硬化学会総会・学術集会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-07-08 – 2015-07-09
  • 招待講演
• [学会発表] CUBIC: Whole-organ, whole-body imaging with single-cell resolution using hydrophilic chemical cocktails (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Tainaka
  • 学会等名: International Conference on Systems Biology of Human Disease 2015
  • 発表場所: Heidelberg (German)
  • 年月日: 2015-07-06 – 2015-07-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 全身・全脳透明化の先に見えるもの ―個体レベルのシステム生物学の実現に向けて― (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: 第56回日本心身医学会
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2015-06-26
  • 招待講演
• [学会発表] 個体レベルのシステム生物学の実現に向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田泰己
  • 学会等名: 第88回日本内分泌学会学術総会
  • 発表場所: ホテルニューオータニ東京（東京都千代田区）
  • 年月日: 2015-04-24
  • 招待講演
• [学会発表] Systems biology of circadian clocks (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki R. Ueda
  • 学会等名: 16th IGIS Symposium
  • 発表場所: Nice (France)
  • 年月日: 2015-04-09 – 2015-04-12
  • 国際学会 / 招待講演