概日リズム形成における時計タンパク質CRY2のリン酸化依存的な分解制御

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10J08444
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平野 有沙 東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• キーワード: サーカディアンリズム / 概日時計 / クリプトクロム / ノックインマウス / リン酸化 / 視交叉上核 / ユビキチン化 / プロテアソーム分解

研究概要

CRYタンパク質は、E-boxを介した時計遺伝子の転写活性化を強力に阻害することにより、概日時計の発振において中枢的な役割を果たす。マウスのCRY2は、557番目のセリン残基(Ser557)のリン酸化に依存してプロテアソーム系を介した分解制御を受ける。本研究は、Ser557をAla置換した変異マウス(S557A-CRY2ノックインマウス)を用い、CRY2のSer557リン酸化の時計発振における役割を解明すると共に、CRYをユビキチン化する新規E3リガーゼの同定を目指した。本年度は、Fbxl3ノックアウトマウスとS557A-CRY2ノックインマウスを交配した二重変異マウスを作製してマウス行動リズムへの影響を調べたが、Fbxl3ノックアウトマウスと二重変異マウスとの間に有意な行動リズム周期の差は観察されなかった。一方、FBXL3の相同タンパク質で機能未知のFBXL21に着目し、FBXL21がCRYをユビキチン化してCRYの安定性を制御する可能性を検証した。Fbxl3/Fbxl21ダブルノックアウトマウスではFbxl3ノックアウトマウスが示す周期長の延長が大きく緩和された。重要なことに、一部のダブルノックァウトマウスは、恒暗条件に移してから数週間のうちに行動リズムが消失するという顕著なリズム異常を示した。マウスの行動実験と並行して生化学的な解析を進め、FBXL3はCRYの分解を促進するのに対して、FBXL21はCRYを安定化することを見出した。さらに、FBXL3がプロテアソーム系分解の標的となるユビキチン鎖をCRYに付加するのに対し、FBXL21は異なるユビキチン鎖を付加することを明らかにした。これらの結果から、FBXL3とFBXL21による拮抗的な作用は概日時計が安定な振動を維持するのに必須であると結論づけた。本研究成果を筆頭著者としてまとめ、Cell誌に受理された。

研究成果

• [雑誌論文] FBXL21 Regulates Oscillation of the Circadian Clock through Ubiquitination and Stabilization of Cryptochromes (2013)
  • 著者名/発表者名: Arisa Hirano, Kanae Yumimoto, Ryosuke Tsunematsu, Masaki Matsumoto, Masaaki Oyama, Hiroko Kozuka-Hata, Tomoki Nakagawa, Darin Lanjakornsiripan, Keiichi I. Nakayama, and Yoshitaka Fukada
  • 雑誌名: Cell 巻: 152 ページ: 1106-1118
  • DOI: 10.1016/j.cell.2013.01.054.
  • 査読あり
• [学会発表] Ubiquitination-mediated degradation and stabilization of CRY1 and CRY2 are critical for mammalian circadian clock (2013)
  • 著者名/発表者名: 平野有沙
  • 学会等名: 新学術領域研究「修飾シグナル病」第1回国際シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学医科学研究所(東京都)
  • 年月日: 2013-02-01
• [学会発表] 時計タンパク質CRYの安定化を担う新規ユビキチンリガーゼの同定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平野有沙
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡県)
  • 年月日: 2012-12-16
• [学会発表] F-boxタンパク質によるユビキチン化を介したCRYタンパク質の安定性制御(Fine-tuned balance between degradation and stabilization of CRY proteins 18 critical for the mammalian circadian clockwork) (2012)
  • 著者名/発表者名: 平野有沙
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡県)
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] CRYタンパク質の分解と安定化による概日時計の制御機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平野有沙
  • 学会等名: 第19回日本時間生物学会学術大会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-16
• [学会発表] Phosphorylation-dependent degradation of CRY2 regulates relevant clock gene expression and generated normal oscillation of the circadian clock (2012)
  • 著者名/発表者名: 平野有沙
  • 学会等名: 13th Biennial Meeting Society for Research on Biological Rhythm Conference
  • 発表場所: フロリダ(米国)
  • 年月日: 2012-05-20
• [備考] 深田研究室ホームページ 研究ハイライト
  • URL: http://www.biochm.s.u-tokyo.ac.jp/fukada-lab/research-highlights/rh2008/hirano2013-j.html
• [備考] 東京大学理学系研究科 プレスリリース
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2013/06.html
• [備考] ライフサイエンス新着論文レビュー
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/6572