分子・細胞・個体レベルにおける動物の光環境応答とサーカディアンリズム

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14104003
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 深田 吉孝 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80165258)
• 研究分担者: 和田 恭高 東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(PD) ; 仲村 厚志 東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(PD) ; 岡野 俊行 東京大学, 大学院・理学系研究科, 講師 (40272471)
• キーワード: MAPキナーゼ / 概日時計 / BMAL1 / リン酸化 / G11 / 転写調節 / ゼブラフィッシュ / 松果体

研究概要

交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を遂行し、下記の成果を得た。
1.概日時計発振系におけるMAPキナーゼの標的分子を探索した。その結果、BMAL1など複数の時計タンパク質がMAPキナーゼによってリン酸化されることを見出した。さらに、BMAL1の特定のアミノ酸残基のリン酸化により転写促進活性が低下することを明らかにした。このことからMAPキナーゼは時計タンパク質のリン酸化を介して時計遺伝子の転写を調節していると考えられた。
2.松果体の概日時計の位相シフト経路を探るため、ピノプシンなどの光受容体と共役するG蛋白質を検索した。その結果、G11αが松果体に発現しており、その活性化によってメラトニンリズムが位相シフトすることを見出した。オプシンはG11の活性化を介して時計発振系に光シグナルを入力すると考えられた。
3.末梢時計のモデル系としての培養細胞Rat-1を用い、時計遺伝子のリズム発現に関わる因子を探索した。その結果、Rat-1細胞をグルコース刺激することによって、Per1などの時計遺伝子の発現量が緩やかに減少し、これに続いて概日リズムが誘導されることを見出した。このリズム誘導には新規遺伝子の転写が寄与していると考えられたため、マイクロアレイ解析によりグルコース応答遺伝子を検索した。その結果、時計遺伝子の発現を調節する分子の候補としてVdupとTiegl遺伝子を同定することができた。
4.エクソロドプシンプロモータは、ゼブラフィッシュにおいて松果体特異的な遺伝子発現を誘導する。このプロモータ領域において、松果体特異的な遺伝子発現を担うエレメントを決定しPIPE(Pineal Expression Promoting Element)と命名した。PIPEを利用し、時計遺伝子やその改変遺伝子を松果体特異的に発現させるトランスジェニック系統の樹立へ向け、準備を進めている。

研究成果

• [文献書誌] Sanada K.: "Mitogen-activated protein kinase phosphorylates and negatively regulates basic helix-loop-helix-PAS transcription factor BMAL1"J.Biol.Chem.. 277. 267-271 (2002)
• [文献書誌] Takanaka Y.: "A negative regulatory element required for light-dependent pinopsin gene expression"J.Neurosci.. 22. 4357-4363 (2002)
• [文献書誌] Doi M.: "Light-dependent changes in the chick pineal temperature and the expression of cHsP90α gene : a potential contribution of in vivo temperature change to the photic-entrainment of the chick pineal circadian clock"Zool.Sci.. 19. 633-641 (2002)
• [文献書誌] Kasahara T.: "Opsin-G11-mediated signaling pathway for photic entrainment of the chicken pineal circadian clock"J.Neurosci.. 22. 7321-7325 (2002)
• [文献書誌] Hirota T.: "Glucose down-regulates Per1 and Per2 mRNA levels and induces circadian gene expression in cultured rat-1 fibroblasts"J.Biol.Chem.. 277. 44244-44251 (2002)
• [文献書誌] Asaoka Y.: "Pineal expression-promoting element(PIPE),a cis-acting element, direcs pineal-specific gene expression in zebrafish"Proc.Natl.Acad.Sci.USA.. 99. 15456-15461 (2002)
• [文献書誌] Shimizu F.: "Purification and immunohistochemical analysis of calcium-binding proteins expressed in the chick pineal gland"J.Pineal Res.. (in press). (2003)
• [文献書誌] Shimizu K.: "SCOP, a Novel Binding Partner of K-Ras in the Membrane Rafts, Negatively Regulates MAPK Pathway"J.Biol.Chem.. (in press). (2003)
• [文献書誌] Fukada Y.: "Circadian clock system in the pineal gland"Mol.Neurobiol.. 25. 19-30 (2002)
• [文献書誌] 深田吉孝: "脳内光受容と体内時計の時刻調節"現代化学. 370. 24-29 (2002)
• [文献書誌] 岡野俊行: "体内時計の時刻を調節する遺伝子の発見"生物の科学遺伝. 56. 26-28 (2002)
• [文献書誌] 深田吉孝: "体内時計とメラトニン合成"現代医療. 34(6). 35-40 (2002)