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2017 年度 実績報告書

フレキシブルな概日ロバスト振動体の分子解剖と個体制御

研究課題

研究課題/領域番号 17H06096
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(理学部), 教授 (80165258)

研究分担者 饗場 篤  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (20271116)
高尾 敏文  大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (10197048)
小島 大輔  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 講師 (60376530)
清水 貴美子  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50451828)
吉種 光  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70569920)
研究期間 (年度) 2017-04-25 – 2022-03-31
キーワードサーカディアンリズム / 転写後・翻訳後修飾 / 位相制御 / 高次脳機能 / 老化 / 概日振動機構 / レドックス変動
研究実績の概要

マウス行動リズムの光同調を担う網膜神経節細胞ipRGCにおいて、光受容体メラノプシンOPN4がGs-cAMP経路を光活性化するか否かを検証するため、cAMPを検出する発光レポーターをipRGC特異的に発現するマウスの作製を試みている。Transgenicマウス系統の樹立を目指したが、現状では目的の変異系統は得られていない。そこで、Opn4遺伝子座に組換え酵素 Cre をノックインしたマウス系統とアデノ随伴ウイルスを組み合わせる実験系を構築した。また、光以外の位相制御系として、新しい時計入力の鍵分子としてASKキナーゼを同定した。培養細胞のリズム可視化実験において、慢性的な細胞ストレスは細胞リズムの周期を変化させ、一過的な細胞ストレスはその位相を大きく変化させたが、これらの効果はASKキナーゼの欠損によって完全に消失した。さらに、マウス個体においては、光による行動リズムの周期変化と位相シフトにASKキナーゼが関与することを示した。これらの成果は国際雑誌(Imamura et al., PNAS, 2018)に報告した。時計タンパク質の修飾状態の組み合わせで時が刻まれるという「クロノコード」という概念の理解に向け、時計タンパク質PER2をリン酸化するキナーゼSIK3を同定し、国際雑誌(Hayasaka et al., Elife, 2017)に報告した。また、最先端質量分析装置を新たに導入して生化学的な解析をスタートし、細胞ストレスに応答してASK依存的に時計タンパク質CLOCKのT843とS845がリン酸化されることを見出した。体内時計の出力系として、長期記憶能の概日リズム制御に取り組んでいる。この制御に重要だと考えられる SCOPとK-Rasのラフトにおける相互作用リズムを観察するために、FRETによる可視化を目指している。様々な蛍光蛋白質の組み合わせの結果、mCherry-SCOPまたはShadowY-SCOPとEGFP-KRasの組み合わせで、最も効率良く神経細胞に発現させることができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題においては、当研究室のある本学理学部3号館の学内オープンラボスペースに動物実験室をセットアップする予定であったが、学内措置の決定に長い時間を要した。そこで、動物飼育装置の導入を次年度に繰り越したが、順調に動物実験を遂行することができた。その一方で、細胞レベルの実験や生化学的な解析において当初の予想を超える研究成果を挙げた。その結果、ASKキナーゼやSIK3キナーゼの概日時計における重要性を世界に先駆けて論文公表することができた。

今後の研究の推進方策

ipRGCにおいてOPN4がGs-cAMP経路を光活性化するか否かを検証するため、これまでに、アデノ随伴ウイルスを用いた一過的な導入法とOpn4-Cre系統を組み合わせることにより、ipRGC特異的に外来遺伝子を発現誘導する系を構築した。そこで今後は、この方法を用いてipRGC特異的にGloSensor-cAMPを発現するマウスを作製し、その網膜のex vivo光刺激実験により上記仮説を検証する。時計振動を担う転写制御については、ゲノム中の時計コアBoxと時計出力Boxを探索するとともに、時計タンパク質の修飾状態の組み合わせで時が刻まれるという新しい概念「クロノコード」の理解を目指す。初年度に導入した質量分析装置を駆使して、網羅的なプロテオーム解析を展開すると共に、リン酸化やユビキチン化などの翻訳後修飾の決定に向けて、修飾ペプチドの単離条件を探る。さらに、同定された分子や翻訳後修飾の機能を細胞・個体レベルで解析する。必要に応じて遺伝子改変マウスの作製を開始する。蛍光蛋白質で標識したSCOPとK-Rasを用いて神経細胞内での相互作用を観察するため、実験条件の最適化を進め、記憶形成の概日リズム制御の実体を可視化を目指す。また、時計出力として、ニューロステロイド7α-OH-Pregnenoloneが老化による空間記憶低下に関わると考えているが、この合成酵素であるCyp7b1の欠損マウスを用いて、海馬依存性の記憶機能あるいは情動などの高次脳機能への影響を調べる計画である。

  • 研究成果

    (41件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 11件、 招待講演 16件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Duke-National University of Singapore/Graduate Medical School/Dr. David M. Virshup(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      Duke-National University of Singapore/Graduate Medical School/Dr. David M. Virshup
  • [国際共同研究] Dalhousie University/Department of Psychiatry/Dr. Benjamin Rusak(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      Dalhousie University/Department of Psychiatry/Dr. Benjamin Rusak
  • [国際共同研究] University of Texas Southwestern/Medical Center/Dr. Joseph Takahashi(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Texas Southwestern/Medical Center/Dr. Joseph Takahashi
  • [雑誌論文] ASK family kinases mediate cellular stress and redox signaling to circadian clock2018

    • 著者名/発表者名
      Imamura Kiyomichi、Yoshitane Hikari、Hattori Kazuki、Yamaguchi Mitsuo、Yoshida Kento、Okubo Takenori、Naguro Isao、Ichijo Hidenori、Fukada Yoshitaka
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

      巻: 115 ページ: 3646~3651

    • DOI

      https://doi.org/10.1073/pnas.1719298115

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stereotaxic Surgery for Suprachiasmatic Nucleus Lesions in Mice2017

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Kimiko、Fukada Yoshitaka
    • 雑誌名

      BIO-PROTOCOL

      巻: 7 ページ: -

    • DOI

      10.21769/BioProtoc.2346

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Salt-inducible kinase 3 regulates the mammalian circadian clock by destabilizing PER2 protein2017

    • 著者名/発表者名
      Hayasaka Naoto、Hirano Arisa、Miyoshi Yuka、Tokuda Isao T、Yoshitane Hikari、Matsuda Junichiro、Fukada Yoshitaka
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 6 ページ: e24779

    • DOI

      10.7554/eLife.24779

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 体内時計によるADAR2を介したリズミックなA-to-I RNA編集はRNAリズムを制御する2017

    • 著者名/発表者名
      寺嶋秀騎、深田吉孝
    • 雑誌名

      実験医学

      巻: 35 ページ: 1333-1336

  • [学会発表] Post-transcriptional and Post-translational Regulation of Circadian Clock in Mice2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      12th Annual Salk Institute/Foundation IPSEN/Science
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular Mechanism of circadian regulation of mouse recognition memory2018

    • 著者名/発表者名
      Kimiko Shimizu, Yodai Kobayashi, Erika Nakatsuji, Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      The BRI International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 温度などの環境シグナルに応答する体内時計と時計タンパク質2018

    • 著者名/発表者名
      深田 吉孝
    • 学会等名
      新学術領域「温度生物学」公開シンポジウム「温度生物学の展開」
    • 招待講演
  • [学会発表] Photoreceptive molecules regulating body color changes in larval zebrafish2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kojima
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ADAR2 modifies RNA and regulates circadian epitranscriptome in mice2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      2nd Asian Chronobiology Forum and 2017 Conference of Chinese Society for Biological Rhythms
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multiple types of retinal photoreceptors regulate light-induced body color changes in larval zebrafish2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kojima, Yurika Ito, Ikuko Sumikawa, Sho Matsumoto, Tomoya Shiraki, Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      FASEB(Federation of American Societies for Experimental Biology)Science Rsearch Conferences:Biology and Chemistry of Vision
    • 国際学会
  • [学会発表] RNA編集における概日リズムの制御機構と遺伝子診断2017

    • 著者名/発表者名
      吉種 光
    • 学会等名
      医療医学フォーラム 2017 第25回クリニカルファーマシーシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Cellular stress and redox may share a reset signaling of mouse circadian clock2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshitaka Fukada, Kiyomichi Imamura, Hikari Yoshitane, Kazuki Hattori, Mitsuo Yamaguchi, Kento Yoshida, Isao Naguro, Hidenori Ichijo
    • 学会等名
      Gordon Research Conferences : 2017 Chronobiology
    • 国際学会
  • [学会発表] Multiple types of retinal photoreceptors mediate light-induced body color changes in larval zebrafish2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kojima, Yurika Ito, Ikuko Sumikawa, Sho Matsumoto, Tomoya Shiraki, Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会
  • [学会発表] Molecular mechanism of circadian expression of mouse anxiety-like behavior2017

    • 著者名/発表者名
      Kimiko Shimizu, Jun Nakano, Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      第40回日本神経科学大会
  • [学会発表] Cellular stress including redox changes inputs to circadian clock through a novel click kinase family ask2017

    • 著者名/発表者名
      Hikari Yoshitane, Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      XV European Biological Rhythms Society Congress
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A regulatory mechanism for gene expression of middle wavelength-sensitive visual in zebrafish2017

    • 著者名/発表者名
      Yohey Ogawa, Tomoya Shiraki, Daisuke Kojima, Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      第23回小型魚類研究会
  • [学会発表] マウス体内時計の温度応答2017

    • 著者名/発表者名
      深田 吉孝
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の体色変化を制御する光受容タンパク質の同定2017

    • 著者名/発表者名
      小島 大輔、伊藤 百合香、深田 吉孝
    • 学会等名
      日本動物学会第88回富山大会
  • [学会発表] 中波長領域感受性の錐体オプシンの転写制御メカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      小川 洋平、白木 知也、小島 大輔、深田 吉孝
    • 学会等名
      日本動物学会第88回富山大会
  • [学会発表] マウス不様行動の概日時計による制御2017

    • 著者名/発表者名
      清水 貴美子、中野 純、深田 吉孝
    • 学会等名
      日本動物学会第88回富山大会
  • [学会発表] カリフォルニアマウスの光同調変異体2017

    • 著者名/発表者名
      金 尚宏、De Groot Marleen、吉種 光、Rusak Benjamine、Takahashi Joseph、深田 吉孝
    • 学会等名
      第24回日本時間生学会学術大会
  • [学会発表] 依存的な転写活性化能を欠損したDBP変異体の作製とその解析2017

    • 著者名/発表者名
      本宮 雅晃、吉種 光、増田 周作、布川 莉奈、深田 吉孝
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学会学術大会
  • [学会発表] 日内で顕著に発現量が変動するPAR-bZIPタンパク質の分解制御2017

    • 著者名/発表者名
      増田 周作、吉種 光、布川 莉奈、深田 吉孝
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学会学術大会
  • [学会発表] Apoptosis signal-regulating kinase is a key molecule transmits stress signal to the circadian clock2017

    • 著者名/発表者名
      今村 聖路、吉種 光、服部 一輝、名黒 功、一條 秀憲、深田 吉孝
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学会学術大会
  • [学会発表] Identification of DNA cis-elements responsible for transcriptional rhythms of Bmal12017

    • 著者名/発表者名
      阿部泰子、吉種光、深田吉孝
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学会学術大会
  • [学会発表] 概日振動体の温度補償性メカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      金 尚宏、深田 吉孝
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学術大会
    • 招待講演
  • [学会発表] マウス高次脳機能の概日時計による制御2017

    • 著者名/発表者名
      清水 貴美子、中野 純、小林 洋大、仲辻 英里香、深田 吉孝
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学会学術大会
    • 招待講演
  • [学会発表] A-to-I RNA 編集酵素 ADAR2 が 24 時間周期の RNA リズムを生み出す2017

    • 著者名/発表者名
      吉種 光、深田 吉孝
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学会学術大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 哺乳類における概日時計の分子解剖(日本時間生物学会奨励賞基礎科学部門受賞講演)2017

    • 著者名/発表者名
      吉種光
    • 学会等名
      第24回日本時間生物学会学術大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Circadian regulation of mouse anxiety-like behavior2017

    • 著者名/発表者名
      Kimiko Shimizu, Jun Nakano, Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      Molecular and Cellular Cognition Society 16th Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular mechanism for gene expression of middle wavelength-sensitive visual opsins in zebrafish2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshtaka Fukada
    • 学会等名
      8th Asia and Oceania Conference on Photobiology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photoreceptor system mediating light-induced body color changes in larval zebrafish2017

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kojima
    • 学会等名
      8th Asia and Oceania Conference on Photobiology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanism of circadian regulation of mouse anxiety-like behavior2017

    • 著者名/発表者名
      Kimiko Shimizu, Jun Nakano, Yoshitaka Fukada
    • 学会等名
      Neuroscience 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の体色変化を制御する光受容機構2017

    • 著者名/発表者名
      小島 大輔
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] ストレスシグナルを概日時計に入力するストレス応答性キナーゼ ASK2017

    • 著者名/発表者名
      今村 聖路、吉種 光、服部 一輝、名黒 功、一條 秀憲、深田 吉孝
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会ConBio2017
    • 招待講演
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ幼生の背地適応を制御する光受容タンパク質の同定2017

    • 著者名/発表者名
      小島 大輔、伊藤 百合香、深田 吉孝
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会ConBio2017
  • [学会発表] A-to-I RNA編集酵素ADAR2が24時間周期のRNAリズムを生み出す2017

    • 著者名/発表者名
      吉種 光、深田 吉孝
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会ConBio2017
    • 招待講演
  • [備考] 深田研究室

    • URL

      http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/fukada-lab/index-j.html

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公開日: 2019-12-27  

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