| 研究課題/領域番号 |
17H06096
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| 研究機関 | 東京大学 |
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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)
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| 研究分担者 |
高尾 敏文 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (10197048)
饗場 篤 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (20271116)
清水 貴美子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50451828)
小島 大輔 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 講師 (60376530)
吉種 光 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70569920)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | サーカディアンリズム / 翻訳後修飾 / 位相制御 / 高次脳機能 / 老化 |
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| 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、新たな光シグナル経路がどのような生理的な役割を持つのかをin vivoで検証した。この経路に必要なGタンパク質をipRGC選択的に欠損させたマウスを作成して輪回し行動を測定したところ、行動リズムの光位相制御に異常があることが明らかになった。一方、カリフォルニアマウスの変異同定のため、野生型と変異体それぞれ10個体からSCNを採取した。本サンプルをmRNA seq解析したところ、両者で異なる配列が多く存在することが判明した。現在、ゲノムシーケンシングからの解析も計画している。
時計振動体の分子機構へのアプローチとして、時計タンパク質を培養細胞に過剰発現させて生化学的に単離し、質量分析を行なった。その結果、それぞれの時計タンパク質の相互作用マップを完成すると共に時刻依存的な翻訳後修飾状態の動態を同定した。これに加え本年度から、概日時計の特徴である自律振動、同調、および温度補償を担う未同定の要素を探索するため、低分子化合物群を用いて機能的スクリーニングを実施した。その結果、細胞の普遍的なシグナル伝達が、自律振動の周期制御や温度補償性に関わることを見出した。一方、体内時計と個体老化の相互作用研究として、老齢マウスから一日の時刻6点において単離した多種臓器のRNA-Seq解析とプロテオーム解析を大規模に展開した。
概日時計のアウトプットとしては、空間学習時の7α-OH-Pregと7α-OH-DHEA量の上昇が、海馬のスパイン形成を介して空間記憶の長期維持に機能することを突き止めた。一方、老齢マウスは空間記憶の長期維持能力に大きな低下がみられ、7α-OH-Preg/7α-OH-DHEA を合成できないCyp7b1 欠損マウスの症状と酷似していることを見出した。
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| 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
「研究実績の概要」に記載したように、計画全般において研究は順調に進展している。これに加えて、以下の点で当初の予想を超える研究成果を挙げることができた。すなわち、睡眠ホルモン（メラトニン）をリズミックに分泌する脳内時計器官として、進化的に古い起源をもつ松果体に注目し、松果体特異的に発現する一群の遺伝子を探索した。その結果、松果体における遺伝子発現を強力に活性化するホメオボックス型転写因子Bsxを同定した。Bsxは多くの脊椎動物において松果体の発生と機能発現に重要な役割をもつと考えられた。以上の成果をCommun. Biol.(2019)に公表した。
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| 今後の研究の推進方策 |
光同調を担う網膜神経節細胞ipRGCにおいて見出した新たな光シグナル経路がどのような生理的な役割を持つのか、この点を明らかにすべく引き続き検証する。本年度の成果よりこの経路は光位相制御に関与することが示唆されたので、この仮説を別の方向からも評価するため、人工受容体DREADDを用いたGain-of-function実験をおこなう。また、行動リズムの光同調を担う鍵分子の同定に向け、カリフォルニアマウスCM558変異体と野生型でのmRNAにおけるCM558変異の影響を解析すると共に、ゲノム上の変異箇所の解析に取り組む。これらの統合解析によりゲノム遺伝子マーカーを作出し、連鎖解析によって表現型と連鎖する遺伝子変異領域を絞り込む方向で計画している。
時計振動体の分子機構へのアプローチとしては、時計タンパク質の翻訳後修飾部位を網羅的に決定したが、この時同時に新規相互作用因子や新規翻訳語修飾部位も複数同定した。今後これらの機能解析を中心に、時計タンパク質の相互作用や修飾状態の組み合わせから一日の時が刻まれるクロノコードの理解を目指す。また、機能的スクリーニングから見出したシグナル伝達経路の機能を深掘りし、本経路が自律振動性、温度補償性、環境同調性にどのように関わるか解析する。本シグナリング分子の遺伝子改変マウスを解析すると共に、他の生物種における役割を解析する。一方、老齢マウスを用いた網羅的な基礎データの取得を終えたが、今後、これら莫大な基礎データを解析することにより加齢に伴う時計出力の異常を分子レベルで明らかにしたい。
また、ニューロステロイド7αOH-Pregと7αOH-DHEAの合成酵素 Cyp7b1の欠損マウスで空間記憶の長期維持障害を見出したが、老化で見られる記憶障害との類似性の解析や、老化マウスにおけるCYP7B1発現量の変化を追跡する計画である。
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