生体リズムに関わる時計遺伝子の硬組織への発現

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12877294
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 磯谷 美重 東北大学, 大学院・歯学研究科, 助手 (80271914)
• 研究分担者: 篠田 壽 東北大学, 大学院・歯学研究科, 教授 (80014025)
• キーワード: サーカディアンリズム / 時計遺伝子 / 骨 / 歯

研究概要

動物の歯や骨にはサーカディアンリズムの形態的表現ともいうべき成長線やそれらに関する周期的構造が普遍的にみられる。このリズム発現の機序を知るために遂行した研究とその成果について以下に述べる。
1 硬組織における時計遺伝子発現の同定
脳の視交叉上核は生体の様々なサーカディアンリズムの発振機構であるとされている。さらに視交叉上核に発現する遺伝子群が互いにフィードバックループを形成し自律的振動の歯車の役割を担っていると理解されている、歯や骨の成長線は、この中枢時計の振動現象が何らかの経路を介して末梢に伝達された結果、形態形成のリズムとなって記録されたものである、そこで中枢時計の信号を効率良く受け取り、またリセットする必要が生じた場合にそれを合理的に行うためには、末梢組織にも時計機構が存在するはずであるという仮説に基づき、in situ hybridization法を用いて歯や骨の細胞(主として象牙芽細胞、骨芽細胞、及び破骨細胞)に時計遺伝子が存在するかどうか、同定を試みた。その結果、歯髄細胞及び象牙芽細胞における時計遺伝子の発現が確認された。次に硬組織形成細胞における時計遺伝子の発現パターンに周期性があるかどうかをRT-PCR法により検討したところ、視交叉上核での発現パターンに類似し、しかも数時間の位相のずれを示すリズムを認めた。この発現リズムは肝臓や心臓などの他の末梢臓器で同定されたリズムと一致した。
2 時計遺伝子変異マウスにおける象牙質形成のリズム
時計遺伝子Clockに変異を有するマウス(Clockマウス)を対象としそれらの象牙質成長線がどのような周期性で形成されているのかを検索した、その結果、Clockマウスの象牙質成長線は野生型マウスにみられるような周期性構造がほとんど認められなかった。Clockマウスにおいては、自発行動が明暗環境に同調しリズムを示していても象牙質成長線の周期性はすでに損なわれていることから、象牙質形成の周期現象に時計遺伝子が大きく関わっていることが示唆された。
3 骨代謝に存在するリズム構造の決定
規則的な明暗サイクルで飼育された動物の血清を1日の様々な時刻に採取し、各種骨代謝マーカーの測定を行った。骨吸収系マーカー(酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ活性、ピリジノリン値)、骨形成系マーカー(アルカリホスファターゼ活性、オステオカルシン値)には日内変動が存在することが明らかになった。骨吸収系・骨形成系パラメーター共に、動物の活動期中期に最低値、休息期中期にピーク値をとる位相を示し、それらの変動振幅もきわめて大きいことが示された。今後は、これらの骨代謝回転の時間構造に対応する遺伝子発現が認められるかどうか検討する予定である。

研究成果

• [文献書誌] 邵萍, 磯谷美重, 篠田 壽: "ラット血清中骨代謝マーカーのサーカディアンリズム"歯科基礎医学会雑誌. 42. 423 (2000)
• [文献書誌] 磯谷美重, 篠田 壽: "生物リズム学的な視点からみた硬組織研究"東北大学歯学雑誌. 80. 188 (2000)
• [文献書誌] M.Ohtsuka-Isoya, H.Hayashi, H.Shinoda: "Effect of suprachiasmatic nucleus lesion on circadian dentin increment in rats"American Journal of physiology : Integrative & Comperative physiology. 280. R1364-R1370 (2001)
• [文献書誌] 邵萍, 磯谷美重, 篠田 壽: "骨代謝のサーカディアンリズムに及ぼすetidronateの効果"日本骨代謝学会雑誌. 19. 114 (2001)
• [文献書誌] 磯谷美重, 篠田 壽: "時計遺伝子clock変異マウスにおける象牙質成長線の周期性"歯科基礎医学会雑誌. 43. 120 (2001)
• [文献書誌] M.Ohtsuka-Isoya, N.Ishida, H.Shinoda: "Clock mutation alters circadian dentin increments in the mouse"Biomineralization : formation, diversity, evolution and application. 116 (2001)